CAPÍTULO 3 EVALUACIÓN DE PLANTAS ...96 Evaluación de plantas de tecnología apropiada 2.1...

CAPÍTULO 3

EVALUACIÓN DE PLANTAS CONVENCIONALESY DE TECNOLOGÍA APROPIADA

Evaluación de plantas convencionales y de tecnología apropiada 95

1. INTRODUCCIÓN

Este capítulo desarrolla los criterios y procedimientos para evaluar a fondoel comportamiento de los procesos y unidades que integran una planta de trata-miento de agua de tipo convencional clásica o de tecnología apropiada. Muchosde los procedimientos aquí expuestos son fácilmente adaptables a los sistemas depatente importada, como se verá en el capítulo 4.

A continuación iremos desarrollando los procedimientos de evaluación es-pecíficos para cada proceso que integra una planta de filtración rápida y para launidad en la que se realiza.

2. EVALUACIÓN DEL PROCESO DE COAGULACIÓN

Los principales factores que influyen en este proceso son los siguientes:

Características de las aguas: especialmente, pH, temperatura, alcalinidad,contenido de turbiedad y color.

Características de las sustancias químicas utilizadas: tipo, dosis, concentra-ción de la solución.

Características de las unidades de dosificación: tipo, exactitud, etcétera.

Características de las unidades de mezcla rápida: lugar y forma de aplica-ción del coagulante, intensidad de mezcla y tiempo de retención.

A continuación se presenta una metodología de caracterización de dichasunidades.

96 Evaluación de plantas de tecnología apropiada

2.1 Dosificación de sustancias químicas

Para evaluar la aplicación de sustancias químicas en una planta de trata-miento de agua, se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos: selección, manejo,almacenamiento y dosificación de estas sustancias.

2.1.1 Selección de sustancias químicas

Objetivo

Caracterizar las sustancias químicas y las condiciones óptimas de adición.

Procedimiento

Se requiere determinar en el laboratorio:

el coagulante más efectivo; la dosis óptima de coagulante; el pH óptimo de coagulación; el modificador de pH más efectivo; la dosis óptima de modificador de pH; ayudante de coagulación y dosis óptima correspondiente; la concentración óptima del coagulante seleccionado; la secuencia de aplicación de sustancias químicas.

Estos ensayos se realizarán en el laboratorio y constituyen los parámetrosóptimos de coagulación. La forma de ejecutar estos ensayos se describe en Tra-tamiento de agua para consumo humano. Plantas de filtración rápida. Ma-nual I: Teoría, capítulo 11, “Criterios para la selección de los procesos y de losparámetros óptimos de las unidades”.


2.1.2 Manejo y almacenamiento de sustancias químicas

Objetivo

Procedimientos y criterios para determinar las condiciones existentes derecepción, manejo y almacenamiento de sustancias químicas.

Procedimiento

En la planta de tratamiento que es materia de evaluación se requiere iden-tificar lo siguiente:

Si el diseño de la zonade entrada al almacénes adecuado para queel material sea correc-tamente recepcionado(ver figura 3-1).

Las sustancias utiliza-das en el tratamiento,así como su composi-ción química. Compro-bar que coincidan conlas especificacionestécnicas originales.

Rotulado, envases y forma de presentación de las sustancias. Comprobarque coincidan con las especificaciones originales de compra y licitación.

Características de almacenamiento, lo cual debe incluir la evaluación es-tructural del almacén, la determinación de la capacidad total dealmacenamiento, así como el lapso para el cual hay existencia de sustan-cias químicas, definidas por la ecuación:

(1)d

T x Cd = V T

T

Figura 3-1. Características correctasdel ingreso al almacén (1)


Donde:

VT = volumen real o necesario (m3)Cd = cantidad media diaria de sustancias químicas (kg)TT = periodo (días)d = densidad (kg/m3)

La información obtenida debe compararse con la existencia real de sustan-cias químicas y el lapso en el cual estase utilizará.

Adicionalmente, se debe evaluarel área de almacenamiento y su for-ma, el uso de tarimas adecuadas, laexistencia de corredores entre ellas,(para que se pueda utilizar el materialen forma cronológica; es decir, por or-den de llegada), la presencia de hume-dad, etcétera, así como la forma detransferencia.

2.1.3 Dosificación de sustancias químicas

La dosis de coagulantes o de cualquier sustancia química empleada en eltratamiento de agua constituye uno de los parámetros más importantes del proce-so de coagulación.

Objetivo

Caracterizar las sustancias quí-micas y las condiciones óptimas parasu aplicación.

Equipo necesario

Balanza de torsión. Recipiente para la toma de mues-

tras (de acuerdo con la capaci-dad de dosificación).

Figura 3-2. Forma correcta de almacenarsustancias químicas (1)

Figura 3-3. Forma incorrecta dealmacenar sustancias químicas (1)


Procedimientos de evaluación

a) Determinación del grado deexactitud del dosificador

En cada dosificador, sea de víahúmeda o seca, se deberá:

Llenar la tolva o depósito hasta3/4 de su altura.

Evaluar el dosificador en su pun-to actual de dosificación y luego con diferentes aperturas o velocidades. To-mar en cada caso tres muestras, pesarlas y determinar el valor medio (uobtener la concentración existente, si es un dosificador de vía húmeda).

Graficar los valores teóricos (dados por el fabricante o utilizados en la plan-ta) y los obtenidos en el ensayo, con fines comparativos.

Adicionalmente, se requiere comparar la dosis que realmente se está utili-zando en la planta con la dosis óptima obtenida en el laboratorio con elequipo de prueba de jarras, para lo cual:

(2)

D = dosis de coagulante (mg/L)Q = caudal tratado (m3/unidad de tiempo)P = peso dosificado (kg/unidad de tiempo)

Se ingresa a la curva con el peso dosificado correspondiente a la dosisóptima y ubicando la apertura en que se encontraba el dosificador, se determina ladosis que estaba aplicando la planta.

b) Determinación de la flexibilidad del equipo

El rango de dosificación del equipo será igual a:

(3)

1000D x Q

= P

Figura 3-4. Forma incorrecta dealmacenar el sulfato de aluminio (1)

mín. P.- máx. P. = F


Donde:

P. máx. = capacidad de dosifi-cación máxima, al final del pe-riodo de diseño, cuando el cau-dal y las dosis sean máximas.

P. mín. = capacidad de dosifi-cación mínima, al iniciar el pe-riodo de diseño, cuando el cau-dal y las dosis son mínimas.

Se evaluó la batería dedosificadores de la figura 3-5 y se encontró que no tenían la flexibilidad necesariapara operar en esa planta, porque cuando la tur-biedad del agua era menor de 500 UNT (70% deltiempo), estos equipos ya no tenían capacidad paradosificar. La figura 3-6 está mostrando el sistemade dosificación en solución que se debió instalar,en paralelo a los dosificadores en seco, para sub-sanar la falta de flexibilidad de los equipos.

c) Determinación del grado de concentración

Con el peso real dosificado y el caudal deagua que entra a la cámara de solución se puededeterminar el grado de concentración existente, elcual será:

(3)

Donde:

P = peso dosificado (kg/s)q = caudal (L/s)C = concentración (%)

Figura 3-5. Dosificadores de vía seca (1)

Figura 3-6. Sistema dedosificación en paralelo (1)q

100 x P = C


d) Determinación del periodo de retención del tanque de disolución

Determinar el volumen del tanque de solución. Con los caudales mínimo y máximo de agua que entra al tanque, se pueden

determinar los tiempos de retención máximo y mínimo por medio de la si-guiente ecuación:

(4)

Donde:

∀ = volumen del tanque (litros)q = caudal del agua para solución (L/s)To = tiempo de retención (minutos)

e) Interpretación de resultados

El grado de exactitud (IE) de dosificación, conocidas las curvas teóricas yreales, se determina por la siguiente ecuación:

(5)

Y depende de si el PR es mayor o menor que PT.

Donde:

PT = peso teórico o el utilizado por la plantaPR = peso real obtenido en la prueba de calibración

El grado de exactitud según el criterio indicado puede clasificarse de lamanera ilustrada en el cuadro siguiente:

60 xq = To

∀

100 x PTPR

= IE


Cuadro 3-1. Exactitud de dosificadores (2)

Exactitud Valor I (%)Muy buena < 5Buena 5 - 10Regular 10 - 15Deficiente > 15

El dosificador debe ofrecer el suficiente rango de flexibilidad para operaren condiciones mínimas (con la mínima dosis al iniciar el funcionamiento dela planta) y máximas (con la máxima dosis al finalizar el periodo de diseñode la planta).

Los estudios actuales relacionados con el grado de concentración ideal danresultados y recomendaciones muy dispares con variaciones de valoresinferiores a 1 a más del 10% y pH inferior a 4. Se recomienda determinar laconcentración óptima con los respectivos ensayos de laboratorio para esta-blecer la bondad de la concentración utilizada.

Asimismo, diversos autores recomiendan periodos de retención de la solu-ción mayores de 5 ó 10 minutos (esto último es lo preferible), para permitirla polimerización adecuada de los coagulantes y mejorar su eficiencia.

2.2 Aplicación práctica

En una planta de tratamiento de agua de América Latina se evaluó el siste-ma de dosificación, que consiste en dosificadores en seco de tipo volumétrico, yse obtuvieron los resultados indicados en el siguiente cuadro. Con esta informa-ción, se graficó la curva real de la figura 3-6.


Cuadro 3-2. Calibración del dosificador (2)

Mínima (6) 0,73 0,66 0,69 0,68 20,0

10 1,72 1,64 1,75 1,71 51,325 5,44 5,44 5,31 5,40 162,030 6,23 6,22 6,27 6,24 187,050 10,31 10,20 10,27 10,26 308,060 12,60 12,70 12,70 12,67 380,175 15,50 15,50 - 15,50 465,0

Máxima (90) 18,57 18,64 - 18,60 558,3

2.2.1 Exactitud

Para determinar la exactitud del equipo evaluado, se determinó la dosisóptima de coagulante, para una turbiedad de 200 UNT, y se obtuvo una dosis de54 mg/L. Para ajustar esta dosis en el dosificador, se calculó el peso en kg/h y seobtuvo:

En la curva teórica de calibración del dosificador (figura 3-7), se determinaque para aplicar un peso de 179 kg/h hay que graduar el equipo en la apertura 29.Para esta misma apertura en la curva de calibración real, se obtiene un peso de160 kg/h.

Un grado de exactitud de 89% nos indica que se está subdosificando en11% y que el grado de exactitud de la dosificación tiende a ser regular.

Abertura(%)

(1)

Pesos obtenidos

Primerensayo

(kg/3 min)(2)

Segundoensayo

(kg/3 min)(3)

Tercerensayo

(kg/3 min)(4)

Promedio(5)

Real(kg/h)

(6)

(kg/h) 179 = 1.000

54 x3,600 x0,920 = 1.000

D x Q = PT

89% =100 x 179160 =100 x

PRPT = E


2.2.2 Concentración en el tanque de disolución del dosificador en seco

El caudal de agua que ingresaba al tanque en el momento de la evaluaciónera de 128 L/m y los caudales extremos que permitía la llave eran:

mínimo = 50 L/m, ymáximo = 220 L/m

Volumen del tanque de solución = 638,18 LCaudal tratado = 920 L/sConcentración ideal (laboratorio) = 4%

Figura 3-7. Calibración de dosificadores (2)

Abertura

700

600

500

400

300

200

100

00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Real

Teórica

179

160

29

P eso

apl

icad

o (k

g-h)


La concentración real en el tanque de solución será de:

que nos indica que la concentración real es 52% de la óptima.

Sin embargo, la concentración real se encuentra dentro del rango recomen-dable (1 a 2%), por lo que se considera adecuada.

2.2.3 Tiempo de retención en la cámara de disolución

Los tiempos reales de retención serán:

Con el caudal mínimo, se produce un tiempo de retención alto de casi 14minutos.

Figura 3-8. Tanque de solución deldosificador por vía seca (1)

2,08% = 128 x60 100 x160

= q

100 x PT = CR

52% =100 x 4

2,08 =100 x

CLCR

= E

minutos 13,7 =683/50 =q

= (maximo) T o ∀


Con el caudal máximo, el tiempo de retención es muy corto (3,1 minutos),menos del mínimo recomendable.

Con caudales inferiores a 137 L/min, el tanque tiene periodos de retenciónsuperiores a los 5 minutos. Con el caudal de 128 L/s que estaba ingresando almomento del ensayo, el periodo de retención del tanque de disolución era adecua-do (5,34 minutos).

3. EVALUACIÓN DE MEZCLADORES

La eficiencia del proceso de mezcla rápida depende de lo siguiente:

Variables químicas relacionadas con el tipo y la dosis de coagulantes, asícomo de su concentración, y con características de las aguas.

Variables físicas, tales como el tiempo e intensidad de la mezcla provocadapor la energía disipada, ya sea por medios mecánicos o hidráulicos.

A continuación se detalla una metodología simplificada para obtener losparámetros reales de mezcla existentes en la planta.

Para determinar el comportamiento de las unidades de mezcla rápida, serecomienda efectuar los siguientes ensayos:

geometría de la unidad; punto de aplicación de las sustancias químicas; determinación del tiempo de mezcla; determinación de la intensidad de la mezcla; condiciones hidráulicas de las obras de interconexión.

A continuación se detalla cada una de las pruebas enunciadas.

minutos3,10 =683/220 = (mínimo) T o

minutos5,34 =683/128 = ensayo) del momento (al T o


3.1 Geometría de la unidad y punto de aplicación de las sustanciasquímicas

3.1.1 Geometría de la unidad

Consiste en determinar sila unidad fue correctamente pro-yectada. Al comprobar la geo-metría de la unidad en un mez-clador tipo rampa, como el quese puede apreciar en la figura3-9, debemos observar que el re-salto se produzca al pie de larampa y que el coagulante seesté distribuyendo uniformemen-te a todo lo ancho del resalto,exactamente en el punto en queeste se inicia.

En el mezclador de lafigura 3-10 se puede observarque el funcionamiento es co-rrecto. El resalto es estable yel coagulante se distribuye demanera uniforme a todo lo an-cho de la zona en turbulencia,lo que asegura una mezcla ho-mogénea e instantánea delcoagulante con la masa deagua.

En la canaleta Parshallde la figura 3-11 se puede ob-servar que el resalto no se

está produciendo en la garganta de la canaleta y como consecuencia de estedefecto de diseño, el coagulante se aplica en un punto donde no hay turbulencia.Además, la aplicación del coagulante se efectúa en forma puntual. En consecuen-cia, la mezcla no será homogénea y la eficiencia de remoción de turbiedad y colorde la planta será menor.

Figura 3-9. Mezclador tipo rampaoperando correctamente (1)

Figura 3-10. Mezclador hidráulicooperando correctamente (1)


3.1.2 Punto de aplicación del modificador de pH

Aguas que presentanbaja alcalinidad o un pH queesté fuera del rango óptimopara coagular requerirán que semodifiquen estas condiciones,mediante el añadido de hidróxi-do de cal, de acuerdo con lodeterminado en las pruebas delaboratorio.

En la garganta de lacanaleta Parshall de la figura3-12, lugar donde debe formar-se el resalto hidráulico, se pue-den apreciar tres canaletas de bordes dentados para distribuir las sustancias quí-micas. La primera aplicación corresponde a la cal, la segunda al coagulante y latercera al polímero; por consiguiente, la secuencia de aplicación es correcta.

La figura 3-13 muestra otro mezclador tipo canaleta Parshall en el que elpunto de aplicación es correcto, la secuencia es correcta (primero la cal y luego elcoagulante), pero la aplicación es puntual.

Figura 3-11. Mezclador defectuoso (1)

Figura 3-12. Mezclador tipocanaleta Parshall (1)

Figura 3-13. Secuencia de aplicacióncorrecta (1)


3.2 Tiempo real de retención

Objetivo

Determinar el tiempo real de retención de la unidad de mezcla rápida.

Procedimiento

El tiempo real de retención puede determinarse por medio del ensayo contrazadores. Corresponde al tiempo de presentación de la máxima concen-tración del trazador (ver capítulo 1, “Determinación del tiempo real de re-tención y características hidráulicas”).

También se puede determinar obteniendo el volumen del resalto y el caudalreal que está ingresando en ese momento a la planta. La relación de volu-men ( ) sobre caudal (Q) nos dará el tiempo de retención de la mezcla.

Interpretación de los resultados

El tiempo de mezcla debe tener relación con el tipo de proceso de coagula-ción que se desarrolla; así, si se produce coagulación por absorción, el tiempo demezcla debe ser inferior a un segundo, pero si se produce coagulación de barrido,puede variar desde menos de uno hasta cerca de 7 segundos.

Cuadro 3-3. Relación de temperatura

Temperatura (°C) γ/μ

0 2.3374 2.502

10 2.73715 2.92017 2.99820 3.11525 3.267

∀


3.3 Intensidad de la mezcla

Objetivo

Determinar el gradiente de velocidad de la unidad de mezcla rápida.

Procedimiento

Si la unidad es de tipo hidráulico, se requiere determinar:

Directamente la pérdida de carga (H). El tiempo de retención (Tr), mediante trazadores o determinando el volu-

men del resalto ( ) y el caudal de operación (Q). La temperatura del agua. Seleccionar en el cuadro 3-3 la relación .

Reemplazar estos datos en la ecuación del gradiente de velocidad:

(7)

Si la unidad es de tipo mecánico, se deben determinar:

La velocidad de giro del agitador N, midiéndola directamente en el eje delagitador, por medio de un tacómetro.

Las características geométricas del rotor: área (A) y radio de giro (R) de laspaletas, así como el volumen del reactor ( ). Con estos datos, se puedecalcular el gradiente real de velocidad mediante la siguiente expresión:

(8)


Estudios realizados indican que la tasa de aglomeración máxima en un reactordepende del rango de gradiente de velocidad y el tiempo de retención en el queestá operando; existe un rango óptimo para cada tipo de unidad (cuadro 3-4).

∀∑

µ RA. . N K = G

33

G = µ δ

. T

HR

µ δ

∀

∀


Cuadro 3-4. Gradientes óptimos de mezcla (2)

Retromezclador 800 – 1,000Salto hidráulico 1,000

Difusores 800 – 1,000Mezcladores en línea 3,000 – 5,000

A su vez, el reactor adecuado para cada tipo de agua depende del mecanis-mo de desestabilización predominante en la coagulación. Es así que los retro-mezcladores solo son eficientes para los casos de coagulación por barrido y losdifusores, salto hidráulico y mezcladores en línea para ambos casos: adsorción ybarrido. Esto se fundamenta en el hecho de que los parámetros de mezcla sonimportantes en la coagulación por adsorción e indiferentes en la coagulación porbarrido. En este último caso, lo más importante es la dosis de coagulante paraconseguir el mecanismo de barrido.

3.4 Condiciones hidráulicas en las interconexiones

Objetivo

Determinar las condiciones hidráulicas existentes en las estructuras de in-terconexión entre las unidades de mezcla rápida y los floculadores.

Procedimiento

Medir el caudal, los tiempos reales de retención, así como la pérdida decarga, y con ellos determinar el gradiente de velocidad.


Aparentemente, los gradientes de velocidad adecuados en las estructurasde interconexión entre unidades de mezcla rápida y floculación no deben excederde 100 s-1. Valores superiores pueden ser perjudiciales.

Aplicación práctica

En una planta de tratamiento se evaluaron los parámetros de mezcla rápi-da. La planta tenía a la entrada la canaleta Parshall que se puede apreciar en la

Unidad de mezcla Valores de G (s-1)


figura 3-15. Esta canaleta estaba siendousada como unidad de medición y mezclarápida. De la canaleta salía una línea de117 metros de longitud con diámetros de12”, 14” y 16”.

3.4.1 Condiciones de la canaletaParshall como medidor de caudal

Observando la vista de la figura3-15, la canaleta está ubicada al lado dere-cho y también se puede apreciar, pintadode rojo, el inicio del tramo de tubería de16” de diámetro.

La canaleta carece de canal deaproximación y de salida. No sigue las re-comendaciones de Parshall y, por lo tanto, la medición no es confiable.

3.4.2 Condiciones en la canaleta Parshall como mezclador

Punto y forma de aplicación de las sustancias químicas

En la figura 3-14 podemos apreciar que la aplicación de la cal y la delcoagulante se efectúan sobreel resalto, pero en forma pun-tual, y ambas simultáneamente.

Tiempo de retenciónde la mezcla

Se determinó el volumendel resalto (0,128 m3), yel caudal de operación eldía de la evaluación erade 126 metros cúbicos.Con estos datos se deter-minó el tiempo de reten-ción:

Figura 3-14. Canaleta Parshallcomo medidor y mezclador (1)

Figura 3-15. Ubicación de la canaletaParshall de la figura 3-13 (1)


Tr - V/Q = 0,128/0,126Tr = 1,02 segundos

Gradiente de velocidad de la mezcla rápida

Se siguieron los siguientes pasos:

a) Por nivelación se determinó la pérdida de carga en el resalto = 0,14 mb) Con un termómetro de laboratorio, se determinó la temperatura del agua =

12 °C

c) Se determinó la relación de para 12 °C = 2.800

d) Se calculó el gradiente de velocidad:

G = 2.800 ; G = 1.037 s-1

Se puede apreciar que los parámetros de la canaleta estaban dentro de loslímites correctos.

Veamos ahora qué pasa entre la canaleta y el floculador. En el cuadro 3-5se resume el análisis de los gradientes de velocidad en la línea de enlace entre lacanaleta Parshall y la planta.

Cuadro 3-5. Gradientes de velocidad en la tubería de agua coagulada (1)

16” 0,41 0,13 1,28 0,10 0,97 13514” 0,36 0,10 1,12 0,09 1,27 21412” 0,30 0,07 0,96 0,08 1,73 367

Antes de que el agua ingrese al floculador se encuentra la rampa de lafigura 3-16, por lo que se consiguió la información necesaria para determinar elgradiente de velocidad:

02,1 14,0

Tramos detubería

Gradiente develocidad (s-1)

Diámetro(m)

Área(m2)

Perímetro(m)

Radiohidráulico

Velocidad(m/s)


Gradientes develocidad (s-1)

Componentes de lainterconexión

Canaleta Parshall 1.037Tubería de 16” 135Tubería de 14” 215Tubería de 12” 367Rampa 703

Caudal de operación = 0,126 m3/sPérdida de carga en la rampa = 0,40 m

Valor de para 12 °C de temperatura = 2.800

Volumen del resalto = 0,80 m3

Tiempo de retención = /Q= 0,80/0,126 = 6,35 seg.

G = 2.800 = 703 s-1

En el cuadro 3-6 estamos resumien-do el desarrollo de gradientes de velocidad,desde la mezcla rápida hasta la entrada alfloculador.


El gradiente de velocidad de la mezcla rápida es adecuado. Se encuentraentre 700 y 1.200 s-1, pero la distribución de gradientes de velocidad en la interco-nexión es dañina para el flóculo.

En esta zona los gradientes de velocidad deberían variar en forma decre-ciente entre 100 y 70 s-1 y están a la inversa: varían en forma creciente porencima de 100 s-1.

µ δ

0,406,35

Cuadro 3-6. Desarrollo de gradientesde velocidad en la interconexión

mezcla-floculador (1)

Figura 3-16. Mezclador tiporampa en la entrada al

floculador (1)


En las últimas obras demejoramiento efectuadas enla planta, la canaleta Parshallfue prevista solo como medi-dor de caudal y la aplicacióndel coagulante debía efec-tuarse en la rampa. El perso-nal de operación había esta-do acostumbrado a dosificaren la canaleta Parshall y si-guió haciéndolo así, sin seguirlas recomendaciones del pro-yecto de mejoramiento. Estaevaluación sirvió para de-

mostrar la magnitud del impacto de esta operación en la calidad del flóculo y sobretodo en la eficiencia de la planta.

4. EVALUACIÓN DE FLOCULADORES

La unidad de floculación tiene la función de formar el flóculo, que debereunir ciertas características —peso, tamaño y compacidad— y para lograrlo,esta unidad debe trabajar bajo determinados parámetros que están en función dela calidad del agua que trata.

A continuación se detallan los ensayos que es preciso llevar a cabo paraevaluar las características del proceso de floculación.

• geometría de la unidad;• caudal de operación;• parámetros óptimos de floculación: gradientes de velocidad y tiempos de

retención;• tiempo de retención de la unidad de floculación;• intensidad de floculación o gradientes de velocidad en la unidad;• características hidráulicas de la unidad: tipo de flujo, espacios muertos y

cortocircuitos;• tiempo de formación del flóculo;• tamaño del flóculo producido.

Figura 3-17. Caja de entradade la unidad tipo rampa (1)


4.1 Geometría de la unidad

Consiste en determinar si la unidad fue correctamente proyectada y cons-truida y si se encuentra en buen estado de mantenimiento.

4.1.1 Unidades hidráulicas

Unidad de pantallas de flujo horizontal

Debemos determinar si:

Todas las pantallas se cru-zan.

El espaciamiento entre pan-tallas es uniforme en cadatramo de la unidad.

El ancho de las vueltas esuniforme e igual a 1,5 elespaciamiento de las panta-llas.

La profundidad inicial y fi-nal de la unidad son igua-les.

4.1.2 Unidad de pantallas de flujo vertical

Determinar si:

Las pantallas están comple-tas y bien ubicadas.

La unión entre la pantalla yla pared es estanca.

Las pantallas se cruzan entodos los tramos.

Las pantallas son estructu-ralmente adecuadas.

Figura 3-18. Unidad de pantallasde flujo horizontal (1)

Figura 3-19. Floculador de pantallas deflujo vertical (1)


4.1.3 Aplicación práctica

A continuación se ha conside-rado una serie de ejemplos de unida-des evaluadas cuya geometría no esapropiada para formar un buenflóculo.

El desorden de las placas delfloculador de la figura 3-20 es conse-cuencia de un sistema de sujeción noapropiado. El movimiento del agua des-plazaba a las pantallas, formandocortocircuitos entre los canales y rom-piéndolas.

En la figura 3-21, en la parte superior izquierda, se puede apreciar que lasúltimas pantallas de la unidad no se cruzan y el agua pasa directamente por en

medio, lo que genera espacios muer-tos en las zonas laterales limitadaspor las pantallas. No se eligió el an-cho adecuado para la unidad y en elúltimo tramo las placas ya no se cru-zan. También se puede apreciar elresalto que se forma a la salida dela unidad, consecuencia de una dis-tribución no uniforme de caudales avarias unidades en paralelo.

En la unidad de la figura3-22 se puede apreciar que el aguada la vuelta a la pantalla con tanta

velocidad que forma remolinos. También se puede observar que el borde libre esprácticamente 50% de la altura total de la unidad. Estos defectos se deben a queel perfil hidráulico de la planta no se hizo correctamente. El nivel del floculadorbaja hacia el final, la sección se reduce, la velocidad se incrementa y, por consi-guiente, también lo hace el gradiente de velocidad.

Figura 3-20. Floculador con unmal sistema de sujeción (1)

Figura 3-21. Floculador depantallas de flujo horizontal (1)


En la unidad de la figura 3-23, al determinar los tirantes de agua al inicio yal final de la unidad, se encontró que al final las alturas eran menores. Si lassecciones al final son más pequeñas y el caudal es constante, la velocidad seincrementa y también lo hace el gradiente de velocidad. En esta situación losgradientes de velocidad se desarrollaban de menor a mayor, condiciones muyadversas para la formación del flóculo. Observando los planos, se encontró que elfondo de la unidad era plano.

La unidad de la figura 3-24 está compuesta de tres tanques, en los que sehan instalado los gradientes de velocidad de mayor a menor. En la parte media deltramo ubicado en la parte inferior de la foto se puede observar que las placasestán de un mismo lado y una de ellas es muy corta. El agua pasa directamentepor el lado derecho del tanque y se forman espacios muertos entre las placas.

El problema es de operación ymantenimiento. Los operadores colo-caron maderas anchas para caminar porencima de las pantallas y las pantallasde asbesto-cemento, de un centímetrode espesor, no tienen suficiente resis-tencia para el peso de una persona.

La figura 3-25 muestra un flocu-lador de flujo vertical, con las pantallas

Figura 3-22. Floculador depantallas de flujo horizontal (1)

Figura 3-23. Floculador de pantallasde flujo horizontal (1)

Figura 3-24. Defectos de operacióny mantenimiento (1)


desorganizadas y largos tramos dela unidad sin pantallas. En casoscomo este, pareciera que el objetivode la unidad es pulverizar el flóculo.Ante descuidos como este, no haytecnología que funcione.

En el floculador de pantallasde flujo vertical de la figura 3-26, laspantallas que se consideraron erandemasiado delgadas para la presiónde 4 metros de profundidad de aguaque soportan. Como se puede apre-ciar, la fuerza del agua las está doblando y sacando de los ángulos que las sujetana las paredes.

Como consecuencia de este defecto de diseño, la geometría de la unidad seha alterado y la distribución de gradientes de velocidad es muy irregular, lo queafecta la consistencia del flóculo.

En la unidad de la figura 3-27 el sistema de sujeción proyectado deja espa-cios entre las pantallas y las paredes y se forma un cortocircuito que altera eltiempo de retención de la unidad y la formación del flóculo.

Figura 3-25. Floculador de pantallasde flujo vertical (1)

Figura 3-26. Floculador depantallas (1)

Figura 3-27. Sistema de sujecióndefectuoso (1)


4.2 Caudal de operación

Para todos los cálculos que se van a efectuar, se requiere conocer el caudalde operación de la unidad. Cuando hay una sola unidad, el caudal de operaciónserá igual al caudal de operación de toda la planta, pero cuando se tienen variasunidades operando en paralelo, será necesario efectuar una prueba de distribu-ción de caudales aplicando trazadores (ver el capítulo 1).

4.3 Parámetros óptimos del proceso

Los parámetros óptimos —gradiente de velocidad y tiempo de retención—se determinan en el laboratorio con el agua que ingresa a la planta, según proce-dimientos descritos en el capítulo 11 de Tratamiento de agua para consumohumano. Plantas de filtración rápida. Manual I: Teoría.

4.4 Tiempo de retención real y características hidráulicas de la unidad

La determinación del tiempo real de retención se efectúa mediante la apli-cación de trazadores. Ver los criterios y el procedimiento en el capítulo 1.

4.5 Intensidad de floculación

El procedimiento para determinar la intensidad de la floculación o gradientede velocidad depende del tipo de unidad. A continuación se especifica un procedi-miento para determinar el gradiente de velocidad en un floculador hidráulico yotro para efectuar la misma determinación en una unidad mecánica.

4.5.1 Unidad de floculación hidráulica

Propósito

La finalidad de esta prueba es determinar el gradiente de velocidad con quetrabaja cada tramo del floculador.

Materiales

Cinta métrica y un teodolito o nivel.


Procedimiento

Determinar la pérdida de carga (H) en cada tramo nivelando la superficiedel agua.

Determinar la temperatura del agua y seleccionar en el cuadro 3-3 el valor

de

Aplicar trazadores y determinar el tiempo de retención real en la unidad.

El gradiente de velocidad será:

(6)

Donde:

H = pérdida de carga (cm)TR = tiempo real de retención (seg.)

= función de temperatura

4.5.2 Unidad de floculación mecánica

Propósito

Determinar el gradiente de velocidad con que está operando cada una delas cámaras de la unidad.

Materiales

Una cinta métrica y un tacómetro.

Procedimiento

Con una cinta métrica, tomar las dimensiones de las paletas: largo (1), an-cho (b) y el radio de giro respecto del eje (r1).

Tomar las dimensiones de las cámaras y determinar el volumen ( ) de cadacámara de la unidad.

T H

µ δ

= GR

x

µ δ

µ δ

∀


Determinar el gradiente de velocidad, mediante la ecuación 7:

(7)

Siendo K un coeficiente que se puede considerar aproximadamente igual a90 y 45 para las condiciones detalladas en la figura 3-28:

Conocidos N y G, se puede cambiar el gradiente de velocidad (Go) deter-minando el valor de No correspondiente, mediante la ecuación 8:

(8)

4.6 Tiempo de formación inicial del flóculo

Propósito

Este ensayo tiene como finalidad determinar el tiempo que demora el flóculoen empezar a formarse.

Materiales

Para la determinación de este ensayo,se requieren de 6 a 10 vasos de vidrio de unlitro de capacidad.

Procedimiento

Partiendo del inicio de la unidad, tomarmuestras en el punto medio de cadatramo o cámara, a una profundidad de50 centímetros aproximadamente.

Cada muestra que se extrae se va ob-servando a contraluz. El ensayo con-cluye en el momento en que se empie-zan a observar los primeros indicios deformación de los flóculos.

Figura 3-28. Tipos depaletas (2)

∀∑

.µ R . A . N K = G

33

]GoG

[ = NoN 2/3

b3

b2

b1

r1

r2

r3

Eje

Eje

r2

r1

b

b


Se determina el volumen ( ) comprendido entre el inicio de la unidad y elpunto en que se detectaron los primeros flóculos en formación.

El tiempo de formación del flóculo será:

(9)


Esta interpretación se realiza comparando el tiempo de formación obtenidoen la planta (Tp) con el tiempo de formación determinado en el laboratorio (TL).El tiempo de formación (TL) se determina durante el ensayo de sedimentación enel laboratorio.

Cuando esta relación es aproximadamente igual a la unidad, el flóculo seestá formando en el periodo de tiempo correcto. A medida que este valor se alejamás de la unidad, el proceso se hace más ineficiente y el flóculo puede terminarde formarse dentro de la unidad de sedimentación.

4.7 Tamaño del flóculo producido

Propósito

Determinar el tamaño del flóculo formado en la unidad de floculación.

Materiales

Dos vasos de vidrio de un litro de capacidad y la tabla 3-2 del índice defloculación de Willcomb o la figura de comparación para estimar el tamaño delflóculo producido (figura 3-29).

Procedimiento

Tomar con los vasos de vidrio dos muestras a la salida de la unidad. Setoman dos muestras con la finalidad de promediar o comprobar los resulta-dos.

Determinar el tamaño del flóculo producido, por comparación con la figura3-29 y el cuadro 3-7. Esta determinación es bastante subjetiva y depende

Q = Tp∀


del criterio del observador. Sin embargo, la velocidad con la que aprecie-mos caer el flóculo nos da un buen criterio sobre su calidad (tamaño, pesoy consistencia).

Interpretación del resultado

El resultado obtenido se compara con el tamaño del flóculo determinadodurante la etapa de floculación preliminar del ensayo de sedimentación en pruebade jarras.

Figura 3-29. Comparador para estimar el tamaño del flóculo producido en lacoagulación según la Water Research Association (3)

Cuadro 3-7. Índice de floculación de Willcomb (3)

0 Flóculo coloidal. Ningún signo de aglutinación.2 Visible. Flóculo muy pequeño, casi imperceptible para un observador

no entrenado.4 Disperso. Flóculo bien formado pero no uniformemente distribuido

(sedimenta muy lentamente o no sedimenta).6 Claro. Flóculo de tamaño relativamente grande pero que precipita

con lentitud.8 Bueno. Flóculo que se deposita fácil pero no completamente.10 Excelente. Flóculo que se deposita totalmente, dejando el agua cris-

talina.

Número delíndice Descripción

A B C D

E F G

0,3 - 0,5 mm 0,5 - 0,75 mm 0,75 - 1,0 mm 1,0 - 1,5 mm

1,5 - 2,25 mm 2,25 - 3,0 mm 3,0 - 4,5 mm


4.8 Aplicación práctica

4.8.1 Floculador mecánico

Para evaluar los floculadores (fi-gura 3-30) de una planta de tratamiento,se realizaron los siguientes ensayos:

Determinación de condiciones hi-dráulicas. Se realizó el ensayo detrazadores usando sal común y se obtu-vieron los datos indicados en el cuadro3-8 y en los gráficos de las figuras 3-31y 3-32.

El tiempo de retención teórico dela unidad es:

Q = 10,22 m3/min= 104,44 m2

To= o / Q = 104,44/10,22 = 10,22 min

De la figura 3-31 se obtiene un tiempo real de retención de TR = 5,74 min.

De la figura 3-32 se deducen las siguientes conclusiones:

Flujo de pistón = P = Ø Tag α / 0,435 + Ø Tag α = 0,16%Flujo mezclado = M = 1 - P = 1 – 0,16 = 0,84%Espacios muertos = m = 1 – θ / P = 0,73%

Figura 3-30. Esquema del floculadormecánico

Cortelongitudinal

Floc

ulad

or N

°. 1

F. N°. 2 D. N°. 2

Planta

Dec

anta

dor N

°. 1


Cuadro 3-8. Prueba de trazadores (2)Co = 250

0 0 0 250 0 0 0 1001 1 0,033 545 295 295 13,68 86,322 2 0,065 495 245 540 25,05 74,953 3 0,098 400 150 690 32,01 67,994 4 0,130 400 150 840 38,97 61,035 5 0,164 380 130 970 45,01 54,996 6 0,196 395 145 1.115 51,74 48,267 7 0,229 395 145 1.160 58,46 41,548 8 0,262 360 110 1.370 63,57 36,439 9 0,294 360 110 1.480 68,67 31,33

10 10 0,397 360 110 1.590 73,78 26,2211 12 0,393 360 110 1.700 78,88 21,1212 15 0,491 345 95 1,795 83,29 16,7113 18 0,589 320 70 1,865 86,54 13,4614 21 0,687 315 65 1,930 89,55 10,4515 24 0,785 315 65 1,995 92,57 7,4316 27 0,883 300 50 2,045 94,89 5,1117 30 0,981 290 40 2,085 96,75 3,2518 33 1,079 270 20 2,105 97,67 2,3319 36 1,178 270 20 2,125 98,60 1,4020 39 1,276 260 10 2,135 99,07 0,9321 42 1,374 255 5 2,140 99,30 0,70

Características del flóculo

A la salida del floculador se midió un flóculo de 0,75 a 1,00 milímetros y encondiciones óptimas de laboratorio se obtuvieron flóculos de 2,50 a 3,00 milíme-tros.

Muestras

(1)

Tiempo (min)

(2)

T/To

(3)

C

(4)

C-Ci

(5)

C-Ci

(6)

F (t)

(7)

1-F (t)

(8)


Figura 3-31. Curva de concentración del trazador (2)

Intensidad de floculación

(10)

El volumen real de floculación será:

Se determinaron en el campo lossiguientes datos:

Velocidad de rotación (N) :12,0 rpm =0,20 rpsArea de paletas (A) : 1,42 m2

Radio de giro (R) : 0,73 mFactor de forma : 90

los cuales nos permiten calcular elgradiente real en el floculador.

Figura 3-32. Porcentaje del trazadorque permanece en la unidad de

floculación en función del factor T/To

TT x =

o

RoR ∀∀

m 66,61 = 10,22

5,74 x118,60 =

TT x

= 3

o

RR

∀∀ o

300295

250

200

147,5C /2p 150

tc = 4,5’

100

C /10p

50

0

t = 29,8’b

0 5 10 15 20 25 30 35 504540Tiempo (min)

t = 48’f

t = 1’p

C -

Co

(m/T

ons)

Cp

100908070

60

50

40

30

20

10987

6

5

4

3

2

1


Eficiencia comparativa del proceso

Turbiedad a la salida del floculador: Tp = 10,0 UNTurbiedad en el ensayo de jarras: TL = 1,10 UN

Conclusiones

La eficiencia de esta unidad defloculación es muy baja (11%) debidoa las grandes deficiencias de diseñoque ocasionan grandes espacios muer-tos (73%), grandes cortocircuitos, tiem-pos reales de retención muy bajos (5,74minutos en lugar de 10,22 minutos) yexcesivos gradientes de velocidad (70s-1 en lugar de 52 s-1), lo que produciráflóculos sumamente compactos, queobstruyen la superficie del filtro.

4.8.2 Floculador hidráulico

Tiempo real de retención y características hidráulicas de la unidad

Se evaluó un floculador hidráulico de pantallas de flujo horizontal, de trestramos (figura 3-33).

Se puede apreciar que el primer tramo de la unidad se encontraba sin pla-cas (ver tanque de la parte inferior de la figura 3-33).

En el segundo tramo faltaban las primeras pantallas y algunas estaban rotas(figura 3-34).

s70 = 66,61 x 0,00011)730, x(1,42 200,

90 = G 1-33

11% =

10100 x1,10

=100 x TpTL = I

Figura 3-33. Primer tramo del floculadorsin pantallas (1)


Datos:

Caudal de proyecto = 45 L/sCaudal de operación en el mo-mento de la prueba = 25 L/sTiempo teórico de retención =32,8 min

Se aplicó un trazador a launidad y se obtuvo la curva deconcentración del trazador (C-Co) de la figura 3-35.

El gráfico de la figura3-36 indica que el trazador em-pezó a salir a partir de los 18 minutos y el tiempo de retención total en la unidad demezcla lenta es de 22 minutos (máxima concentración de trazador). Por la formade la curva, se puede deducir que en el primer tramo predomina el flujo de pistóny la forma del segundo tramo indica que existen zonas muertas.

Figura 3-34. Segundo tramo delfloculador evaluado (1)

Figura 3-35. Tiempo de retención real Figura 3-36. Características hidráulicasdel floculador

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60 70 80

T (min)

C -

Co

Tiempo de retención real

1.00

10.00

100.00

0 0.5 1 1.5 2 2.5T/To

1 - f

(T)

Características hidráulicas del floculador


Del análisis de la curva de [1- f (t)] versus [T-To] de la figura 3-37, seobtienen las condiciones de flujo y las características hidráulicas de la unidad:

Flujo de pistón (p) = 66%Flujo mezclado (M) = 34%Espacios muertos (m) = 17%

Intensidad de floculación

Por nivelación se determinaron las pérdidas de carga en cada uno de lostramos de la unidad, así como la temperatura del agua cruda: 20 °C.

Y, por lo tanto, = 3.115

Reemplazando los datos de las columnas 2 y 3 del cuadro 3-9 en la ecua-ción del gradiente de velocidad para unidades hidráulicas, se obtienen los resulta-dos de la columna 4. En la columna 5 se indican los gradientes de velocidad ópti-mos obtenidos en el laboratorio.

G = . (11)

Cuadro 3-9. Determinación del gradiente de velocidad real en el floculador (1)

µ δ

TrH

µ δ

Tamaño del flóculo obtenido

Tipo 2 de la Escala de Willcomb: Visible. Flóculo muy pequeño, casi imper-ceptible para un observador no entrenado.

Tramos

(1)

Pérdida de carga(m)(2)

Tiempo de retenciónpromedio (seg)

(3)

Gradiente de velocidad ls-1

Real(4)

Óptimo(5)

1 0,004 7,3 10 402 0,103 7,3 48 303 0,044 7,3 31 20


Evaluación de la unidad rehabilitada

Después de esta evaluación, serehabilitó la unidad y un año después sevolvió a evaluar.

La segunda vez el floculador es-taba operando con un caudal de 29 li-tros por segundo y el tiempo de reten-ción teórico en este caso fue de 28,3minutos. Se aplicaron trazadores a launidad y se obtuvieron las curvas de lasfiguras 3-37 y 3-38. Se puede observarque la forma de la curva de la figura3-37 es diferente de la obtenida ante-riormente (figura 3-35).

La curva es totalmente simétri-ca, lo que indica un flujo de pistón casiperfecto y la total ausencia de espaciosmuertos. El trazador empezó a salir a los 20 minutos y terminó de salir a los 23

minutos. El tiempo real de retenciónde la unidad fue de 22 minutos.

Se analizó la curva de la figura3-37 y se obtuvo un flujo de pistón de94%.

Los gradientes de velocidad ob-tenidos esta vez fueron de 46, 25 y 16s-1, bastante cercanos a los óptimos(40, 30 y 20 s-1).

La rehabilitación del floculadorimpactó en la eficiencia de todo el sis-tema, como se puede apreciar en elhistograma de la figura 3-40.

Figura 3-37. Tiempo total de retención

Figura 3-38. Características hidráulicas

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 20 40 60

To (min)

C -

Co

Tiempo total de retención

0.01

0.10

1.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00T/To

(1 -

f(t))

Características hidráulicas


Al aglomerarse mejor elflóculo, se elevó la eficiencia deremoción de la turbiedad de losdecantadores. Cuando la unidadestaba en mal estado, duranteel periodo lluvioso (de enero amarzo) se obtenía el agua de-cantada con una turbiedad de3,8 a 6 UNT. Al rehabilitarse launidad, se obtuvieron turbie-dades de 2 a 3 UNT durante elmismo periodo.

También mejoró la remoción de coliformes fecales o termotolerantes en elagua decantada, como se puede apreciar en el histograma de la figura 3-40. Antes

de las obras de mejoramientode esta unidad se identificaronNMP de coliformes fecales enel agua decantada de hasta 1,6(10)2, después de rehabilitadala unidad.

Conclusiones

Las condiciones de man-tenimiento de un floculador depantallas impactan en las ca-racterísticas del flóculo y en laeficiencia total del sistema. Enuna unidad tan sencilla como

esta se puede obtener un flujo de pistón prácticamente puro y una eficiencia muybuena; sin embargo, por falta de mantenimiento se pierden estas ventajas.

5. EVALUACIÓN DE DECANTADORES

La decantación es el primer proceso de remoción y, debido a su gran efi-ciencia, en una planta de filtración rápida completa es el más importante mecanis-mo para separar sólidos de líquidos.

Figura 3-39. Turbiedad del agua decantada

Figura 3-40. Agua decantada

0

1

2

3

4

5

6

7

E F M A M J J A S O N D

MesesTu

rbie

dad

(UN

T)

2001 2002 2003

Turbiedad del agua decantada

0

50

100

150

200


Meses

CF/

100

mL

de m

uest

ra

2001 2002 2003

Agua decantada


Los factores más importantes que afectan la eficiencia remocional de unaunidad de sedimentación y/o decantación son los siguientes:

Las características del proceso, y las condiciones del flujo hidráulico.

Estos factores, a su vez, dependen de:

a) Las características fisicoquímicas de las aguas, especialmente turbiedad,color y temperatura.

b) Las características del pretratamiento: mezcla-floculación.c) La configuración y diseño de las unidades y zonas de entrada, sedimenta-

ción, depósito de lodos y salida de agua decantada, los cuales dependen deltipo de unidad.

d) Las características de las obras de interconexión.e) Operación y mantenimiento.

La evaluación de una unidad de sedimentación comprende:

• eficiencia;• geometría de la unidad;• comportamiento del canal de distribución;• tiempo de retención;• características hidráulicas;• velocidad óptima de sedimentación;• carga superficial real;• características de las zonas de entrada y salida.

5.1 Eficiencia

Entre los diferentes factores que influyen en la eficiencia de una unidad desedimentación y/o decantación, se han seleccionado los siguientes parámetroscomo los más importantes:

calidad del agua sedimentada; calidad del agua cruda; carga superficial.


5.1.1 Eficiencia en función de la calidad del agua sedimentada

Los filtros rápidos mejoran apreciablemente su eficiencia al tratar aguassedimentadas con bajas turbiedades, por lo que resulta crucial que los sedi-mentadores o decantadores produzcan agua de la mejor calidad posible.

Recientes investigaciones de la EPA recomiendan utilizar la turbiedad comoíndice para determinar la presencia de huevos de parásitos en el agua tratada eindican que para asegurar la remoción de estos huevos, los filtros deben produciragua con menos de 0,1 UNT. Esto implica que los decantadores hayan entregadoun efluente con una turbiedad menor o igual a 2 UNT. Este es el nuevo reto.Debemos perfeccionar los diseños y optimizar la operación y mantenimiento paraque los decantadores sean más eficientes.

Objetivo

Determinar, sobre la base de datos de operación de la planta, la calidad delagua producida en las unidades de sedimentación y/o decantación.

Procedimiento

Se agrupan los datos de turbiedad (o color) de agua sedimentada en rangospredeterminados y se calcula su frecuencia de presentación anual, con la cual sepuede graficar la curva de frecuencia acumulativa.

Comentarios

Los decantadores se pueden clasificar con el siguiente criterio:

Cuadro 3-10. Clasificación en función de la calidad del agua producida (1)

Excelente < 5

Muy buena 5 - 10Buena 10 - 15

Regular > 15

Eficiencia Turbiedad del aguadecantada (UNT)



En el cuadro 3-11 se representan los datos de calidad de agua sedimentada(turbiedad) del primer año de funcionamiento de una planta de tratamiento deagua.

Los datos de las columnas 2 y 5 se representan en la figura 3-40.

Cuadro 3-11. Turbiedad del agua decantada (1)

Rango(1)

P. M.(2)

FrecuenciaParcial

(3)Acumulada

(4)%(5)

0 – 1,99 1 66 66 18 2 – 3,99 2 105 171 474 – 5,99 5 81 252 696 – 7,99 7 38 310 85 8 – 9,99 9 37 347 95

10 – 11,99 11 14 361 9912 – 13,99 13 4 365 100

Resultados

Turbiedad: mínima = 0,3 UNT media = 3,20 UNT máxima = 12,05 UNT

Conclusión

De la figura 3-41 se de-duce que 95% del tiempo laplanta presentó un efluente conmenos de 7 UNT y solo 32%del tiempo fue menor de 2 UNT,por lo que el sistema necesitaser optimizado para que losdecantadores alcancen estameta. Figura 3-41. Frecuencia acumulada de

turbiedad de agua decantada

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15Turbiedad (UNT)

% F

rec u

enci

a ac

umul

ada

Frecuencia acumulada de turbiedadde agua decantada


5.1.2 Eficiencia en función de la calidad del agua cruda

La eficiencia del proceso de sedimentación depende sustancialmente de lascaracterísticas físicas, tanto de las aguas (temperatura) como de las partículas(turbiedad, color) y de su estado de presentación (coloidal, suspensión, tamaño ydensidad). La eficiencia se incrementa en relación directa con el contenido departículas en estado de suspensión hasta llegar usualmente a valores de 600miligramos por litro, sobre los cuales disminuye por presentarse sedimentacióninterferida.

Objetivo

Determinar, a partir de datos de operación de la planta, la eficiencia de unaunidad de sedimentación y/o decantación en función de la calidad del agua cruda.

Procedimiento

Agrupar los datos de calidad del agua cruda (turbiedad o color) en rangospredeterminados y encontrar los datos de calidad correspondientes al agua sedi-mentada.

A partir de estos datos se calculan las constantes y el correspondiente gra-do de correlación para la ecuación siguiente:

y = a + bx (12)

Donde:

y = turbiedad (o color) del agua crudax = turbiedad (o color) del agua sedimentada

Se grafica en papel logarítmico, aritmético.

Comentarios

Se pueden obtener tres tipos de rectas como las indicadas en la figura 3-42.

Mientras menor es la pendiente (recta A), menor es la eficiencia deldecantador. Mayores pendientes (recta B) indican mejores eficiencias.


Pendientes negativas (recta C) son representativas de decantadores demanto de lodos, los cuales, entre los límites indicados anteriormente, mejoran sueficiencia al desmejorar la calidad del agua cruda.

Si se comparan estos datos con los resultados obtenidos en ensayos desedimentación ideal a nivel de laboratorio, puede determinarse el grado de eficien-cia comparativa del proceso. Puede usarse el siguiente índice de comparación:

Cuadro 3-12. Eficiencia comparativa (1)


Se evaluaron los decantadores laminares de una planta de tratamiento deagua y se obtuvieron los datos indicados en el cuadro 3-13.

Figura 3-42. Agua cruda versus agua sedimentadapara varios tipos de decantadores (1)

100 x TpTL = I

Turbiedad de agua sedimentada (UJ)

100

100

80

60

40

30

20

1043210 5 6 7

100

80

60

40

30

20

Turb

ied a

d de

agu

a se

dim

enta

da (U

J)

Sed. Reg.muy buenaeficiencia(B)

Planta B

Unidad demanto de lodos(C)

Planta A - Sed.Reg. Eficiencianormal

(A)

X

X

XX

X

Clasificación Valor de I

Excelente > 90

Muy buena 80 - 90

Buena 70 - 80Regular < 70


Cuadro 3-13. Turbiedad del agua cruda y sedimentada (1)

0 – 29,9 15 3,1 1,1830 – 59,9 45 5,0 1,65 60 – 89,9 75 6,2 1,88 90 – 119,9 105 7,0 2,02120 – 149,9 135 7,4 2,13150 – 179,9 165 7,8 2,22180 – 209,9 195 7,9 2,29210 – 239,9 225 8,3 2,35240 – 269,9 255 8,4 2,41270 – 299,9 235 8,6 2,45300 – 399,9 350 9,0 2,54400 – 500 450 9,5 2,65

Analizando los datos de las co-lumnas 3 y 4 y aplicando la teoría de losmínimos cuadrados a la ecuación de unarecta, se determinó la correlación con ungrado de ajuste de r2 = 0,99.

Adicionalmente, en la figura3-43 se representa la curva de correla-ción entre turbiedad de agua cruda y aguasedimentada a nivel de laboratorio. Sepuede observar que con turbiedades deagua cruda inferiores a 100 UN, la efi-ciencia en el laboratorio es menor que lade la planta. Sin embargo, se aprecia quela unidad solo presenta un efluente con 2UNT cuando la turbiedad del agua cru-da es de 10 UNT.

Turbiedad del agua cruda(UNT)

3Valores medios deturbiedad de aguadecantada (UNT)

(x)

4y = log TAC1

Rango2

P. M.

Figura 3-43. Eficiencia de decantadoreslaminares (1)

10

100

1000

0 2 4 6 8 10

Agua decantada (UNT)

Agu

a cr

uda

(UN

T)

Planta

Laboratorio

Exponencial(Planta)

y = 3.009e0.521x

R 2 = 0.994

Eficiencia de decantadores laminares (1)


5.2 Evaluación de las características de las unidades convencionales deflujo horizontal

Las unidades convencionalesson las más antiguas de todos los ti-pos de decantadores y por ello sue-len ser las más defectuosas.

Aunque actualmente este tipode unidades casi no se emplean enlas plantas de filtración rápida, por laenorme extensión que ocupan y por-que son muy vulnerables a los facto-res ambientales, todavía hay un buennúmero de ellas en operación.


La eficiencia de estas unidades es tan buena como lo sean sus estructurasde entrada y salida, por lo que básicamente son estos los puntos los que másatención deben recibir en la evaluación.

Zona de entrada. A través de múltiples evaluaciones efectuadas, se haencontrado que la mejor zona de entrada —esto es, la que evita la formación decortocircuitos y con la cual se logra mayor porcentaje de flujo de pistón— es laque está constituida por la compuerta de aislamiento de la unidad, seguida de un

vertedero a todo lo ancho de la unidady la pantalla de distribución o cortinaperforada, ubicada a una distancia mí-nima de 0,80 metros del vertedero, demodo de dar espacio suficiente paraque las líneas de flujo se abran y dis-tribuyan en toda la sección de la pan-talla (ver figura 3-45).

Al evaluar una unidad de estetipo, debemos determinar si la estruc-tura de entrada tiene la conformaciónadecuada para atenuar el flujo turbu-

Figura 3-44. Decantador rectangularde flujo horizontal (2)

Figura 3-45. Una sola compuertade ingreso (2)


lento y distribuir de manera uni-forme las líneas de flujo en todala sección útil de la unidad.

La figura 3-46 muestra elvórtice que se forma en la entra-da de un decantador convencio-nal, que tiene una sola compuer-ta de entrada y que, además, estátrabajando sobrecargado. El cau-dal entra en forma de chorro porla compuerta y produce un fuer-te cortocircuito. Esta unidad tam-bién es fuertemente azotada porel viento, que lleva el flujo en sentido contrario a la salida. La eficiencia es deapenas 16%.

La estructura de entrada de la unidad de la figura 3-47 consta de dos com-puertas de aislamiento, seguidas de una cortina de distribución. Carece de unvertedero que distribuya el caudal a todo lo ancho de la unidad, y los chorros quesalen de las compuertas traspasan la cortina perforada, lo que causa cortocircuitosque afectan las condiciones de reposo de la zona de decantación.

El decantador convencional de la figura 3-48 no tiene estructura de entra-da. El paso del floculador mecánico al decantador se efectúa a través de una

Figura 3-46. Ingreso con doscompuertas (2)

Figura 3-47. Decantador convencionalsin estructura de entrada (2)

Figura 3-48. Decantador de vueltaen U (2)


pantalla perforada, que transmi-te la agitación de las paletas delfloculador a la zona de decanta-ción, con lo que se modifican lascondiciones de reposo.

La figura 3-49 muestraun tipo de decantador convencio-nal denominado “de vuelta en U”,utilizado en Estados Unidos aprincipios del siglo XX, pero que,lamentablemente, por falta de in-formación, aún se sigue proyec-

tando en nuestro medio. Este tipo de unidades produce un cortocircuito oblicuoentre la zona de entrada, el extremo del la pared divisoria y la zona de salida y, ala vez, un alto porcentaje de espacios muertos.

La figura 3-50 muestra lazona de entrada de la unidad dela figura 3-48.

Adicionalmente, se pue-de apreciar que el caudal de en-trada se represa debido a que lapantalla difusora se ha coloca-do muy cerca de la entrada.

Zona de salida. La zonade salida normalmente está con-formada por vertederos o tube-rías perforadas, que deben es-tar ubicados en el tercio final de la unidad. La longitud de los vertederos que launidad debe tener depende de la calidad del flóculo y de la tasa de recolección deagua decantada, que varía entre 1,3 y 3,0 litros por segundo por metro de longitudde vertedero.

La figura 3-51 muestra una zona de salida que reúne los criterios expuestosy tiene un buen comportamiento. No se aprecia arrastre de flóculos hacia la sali-

Figura 3-49. Entrada del decantadorde vuelta en U (2)

Figura 3-50. Estructura de salida deun decantador convencional (2)


da, índice de que la velocidad desalida esta muy alta o de que lacoagulación tiene problemas.

La estructura de salida dela figura 3-51 solo consta de unvertedero a todo lo ancho de launidad. Esto es muy común deencontrar en este tipo de unida-des, que por lo general están ope-rando con tasas de recolecciónvarias veces mayores que lamáxima aceptable. No se aprecia bien en la foto el fuerte arrastre de flóculos quehabía al paso del agua decantada por el vertedero.

5.2.2 Determinación de condiciones hidráulicas

Zona de sedimentación. Hazen y Camp establecen como condicionesideales tres principios básicos que se deben presentar en una unidad de sedimen-tación o decantación, los primeros de los cuales hacen referencia a las siguientescondiciones hidráulicas:

Que la dirección de flujo sea horizontal y la velocidad sea la misma en todoslos puntos de una sección vertical; y

que la concentración de partículas de cada tamaño sea la misma en todoslos puntos de una sección vertical al comienzo de la zona de sedimentación;estos conceptos conducen a la necesidad de obtener un flujo de pistón puroen las unidades de sedimentación y/o decantación.

Usualmente, en la práctica no se cumplen los criterios indicados y es nece-sario determinar las condiciones hidráulicas que se presentan en las unidades,para lo cual se sugieren los siguientes ensayos de caracterización de flujo:

a) Determinación del porcentaje de flujos de pistón y mezclado;b) determinación de espacios muertos y cortocircuitos;c) determinación del tiempo real de retención;d) determinación de líneas de flujo;e) carga superficial real.

Figura 3-51. Estructura de salida muy corta (2)


Los ensayos a, b y c ya han sido tratados en el capítulo 1 de este manual,por lo que se pasará a describir únicamente los dos últimos ensayos.

Determinación de líneas de flujo

Objetivo

Caracterizar las líneas de flujo en una unidad de decantación convencional.

Equipo necesario

turbidímetro o colorímetro; cinta métrica; equipo para toma de muestras en profundidad.

Procedimiento

Se divide el sedimentador en sentido vertical, transversal y longitudinal enpartes iguales (no menos de cuatro en cada sentido).

Se procede a la toma de muestras y análisis de turbiedad o de color segúnsea el caso.

Se grafican las curvas de igual turbiedad (topogramas de turbiedad o color)en planos horizontal y vertical, y se analizan los resultados.

Interpretación de resultados

Si las turbiedades son bajas o el flujo es pulsante, no es posible obtenerresultados lógicos, por lo cual puede recurrirse a utilizar trazadores, cloruro desodio, rodamina, etcétera.

Por medio de este ensayo se podrá obtener una idea muy clara de lascondiciones internas de flujo de una unidad y determinar los problemas hidráulicosocasionados por las obras de entrada y salida.


En una unidad de decantación de tipo convencional de una planta de trata-miento de agua de América Latina (figura 3-52) se evaluaron las condiciones de


flujo y de eficiencia en el proceso de decantación y se obtuvieron los datos deturbiedad que permitieron preparar los topogramas indicados en la figura 3-52.

Figura 3-52. Esquema del decantador evaluado (1)

Analizando las curvas de la figura 3-53, se puede determinar que:

Una sola compuerta de entrada da origen a un flujo preferencial. Se pre-senta un componente horizontal que origina una distribución no uniforme deflujo.

Los orificios ubicados en el fondo del canal de entrada ocasionan un flujovertical que orienta las líneas de flujo hacia abajo, lo que levanta el lodo delfondo.

Una estructura de recolección tan corta da lugar a una velocidad de salidamuy alta, que jala hacia arriba las líneas de flujo y ocasiona el arrastre deflóculos.

Características hidráulicas que ocasionan una eficiencia remocional de 64%.

2 51 3 4

a

b

c

d

e

1,003,00

abcde

Planta

Corte C-C

1 m

C

L = 30,00 m

1 m

C

1 m

1,00

1,50

0,751,502,253,00

B = 8,00


Figura 3-53. Curvas de igual turbiedad (1)

5.2.3 Determinación de carga superficial real

La carga superficial de un decantador convencional (m3/m2/d) está dadapor la siguiente relación:

(13)

H = profundidad (m)To = tiempo de retención

Procedimiento

Por medio del ensayo de trazadores, se determina el tiempo real de reten-ción de la unidad. Dividiendo la profundidad del decantador H (cm), por el tiempoTo (s), se obtiene la carga superficial real.

864 x 60 x T

100 x H =q

o

(17) (8) (7) (7) (14)

15

24

3414

9

9

20

8

850

50

4530

90 90

73

200150

24 20

2050

340 207 124 160 80

Corte C

25 1821

20

24

1813

14

1620

2473

51

90

61

70

21

90 40 17 1217

96 90 95

95

86

83

Planta



En el decantador estudiado en los primeros ejemplos se tienen las siguien-tes relaciones:

Teóricas

Profundidad del decantador: 3,00 mTiempo teórico de retención: 112 minutosCarga superficial aparente:

Reales

Tiempo de retención: 50 minutos (correspondiente al 50% del paso del trazador)

Carga superficial

Como se puede apreciar, la carga superficial real es 2,24 veces mayor quela teórica, lo cual incide en que la eficiencia de esta unidad sea baja (64%).

Zona de entrada

Dos son las condiciones hidráulicas exigidas en las obras de conexión entrefloculadores y decantadores:

Suficiente velocidad para evitar el depósito de flóculos (generalmente so-bre 0,15 m/s); y

bajo gradiente de velocidad para evitar la ruptura de flóculos (generalmen-te, G = 10 s-1 a 15 s-1 o igual al que se tenga en el último tramo del floculador).

/dm/m86,40 =864 x 60 x50 100 x 3,00 23

/dm/m 38,57 =864 x 60 x112 100 x 3,00 23


Una vez definido el caudal en cada estructura y la sección, es factibledeterminar la velocidad utilizando la ecuación de continuidad expresada en unida-des homogéneas:

(14)

El gradiente de velocidad en canales, compuertas y orificios puede cal-cularse utilizando el siguiente criterio:

(15)

Donde:

G = gradiente de velocidad (s-1)= densidad del agua (kg/m3)

= viscosidad absoluta (kg masa/m2 - s)f = coeficiente de Darcy-Weisbach varía entre 0,015 y 0,03Rh = radio hidráulico = A/P (m)Vm = velocidad media (m/s)

Zona de salida

En la zona de salida debe definirse la tasa de recolección de la unidad o lacarga unitaria de los vertederos o tuberías recolectoras y el volumen perdido o lazona muerta causada por la mala ubicación del sistema de recolección de aguadecantada:

Carga unitaria en vertederos

La carga unitaria o tasa de recolección en la estructura de salida se puedecalcular mediante la siguiente expresión:

(16)

AQ

= V

(Vm) 4Rh

f

2µµγ

= G 1,5

LQ

= qa


El rango aceptable de tasas de recolección varía entre 1,3 y 3 litros porsegundo por metro de longitud de vertedero. El límite más bajo es adecuado paraflóculos de color que son muy débiles y livianos y para partículas discretas(presedimentadores). En el caso de flóculos de turbiedad, normalmente más gran-des y pesados, las tasas aceptables estarán alrededor del límite máximo del rango.

Puede determinarse el volumen perdido en la zona de sedimentación debidoa obras de salida por medio de la siguiente ecuación:

(17)

Donde:

K = 0,35 – 0,55qa = carga lineal en vertederosVa = velocidad de aproximaciónqa y Va en unidades homogéneas


En el decantador evaluado anteriormente se presentan las siguientes condi-ciones:

Caudal tratado = 0,125 m3/sLongitud del canal colector = 12 mVa = 0,04 cm/s ó 0,14 m/h

qa = Q/L = 125/12 = 10,42 L/s.m

Carga que es 3,5 veces mayor a la máxima permisible (3 L/s.m). Unavelocidad de recolección tan alta levanta las líneas de flujo dentro de la unidad, lascuales jalan a los flóculos que están tratando de sedimentar. Todo ello deteriora lacalidad del efluente. Al levantarse las líneas de flujo, también forman una zonamuerta dentro de la unidad.

Zona de depósito de lodos

Dos son los principales parámetros que se deben determinar en la zona dedepósito de lodos:

Vaqa

K = V 2I


Características de lodos; y características de las obras de desagüe y descarga.

La primera tiene relación directa con la eficiencia de los procesos de coa-gulación-floculación y sedimentación, y la segunda, con criterios de diseño.

Características de lodos

Teóricamente, al iniciarse el pro-ceso de sedimentación en un reactor, sedepositan las partículas más pesadas omás grandes y, posteriormente, las de me-nor tamaño y peso.

Objetivo

Determinar las características delodos depositados como medida de la efi-ciencia y características del decantador.

Equipo necesario

Disco con varilla o cable (figura 3-54a y b); tubo para toma de muestra de lodos (figura 3-54c); horno y balanza para medición de extracto seco.

Procedimiento

Incrementar la dosis decoagulante en 50% un día an-tes del ensayo y suspender elflujo en el decantador por lomenos 12 horas antes del en-sayo.

Dividir longitudinal ytransversalmente eldecantador.

Figura 3-54. Equipo paracaracterización de lodos (1)

a b c

Tapón

2’’ - PVC

Figura 3-55. Depósito de lodos enfunción del tratamiento (1)

Altu

ra d

e lo

dos

Curva dedepósito

conbuena

floculaciónCurva dedepósitoconfloculacióndeficiente

Curva n°. 1

Curva n°. 2

L/3 L/3 L/3


Medir las profundidades del decantador y del lodo en cada punto. Tomar muestras de lodo para determinar la concentración o extracto seco.

Dibujar la topografía de lodos depositados y analizar los datos.

Interpretación de resultados

En un agua bien floculada, elnúmero de partículas grandes es con-siderablemente mayor que el deflóculos pequeños, por lo cual de 75%a 90% de los lodos debe depositarseen el primer tercio del decantadorformando un perfil longitudinal talcomo el indicado en la curva 1 de lafigura 3-55.

En cambio, cuando el agua noestá bien floculada, se produce un de-pósito uniforme de lodos tal como in-dica la curva 2 de la misma figura.

En la figura 3-57 se han incluido los criterios de clasificación establecidospor Hudson en función del pretratamiento.

Obras de entrada defectuosasocasionan flujos variables que, a su vez,producen depósitos no uniformes en sen-tido transversal, tal como se indica en lafigura 3-57.

Asimismo, la proporción de só-lidos secos debe ser mayor en el primertercio del decantador para un buen pro-ceso de floculación. La presencia deconcentraciones uniformes de sólidossecos es sinónimo de floculación defi-ciente.

Figura 3-56. Distribución delodos depositados (1)

Figura 3-57. Depósito irregular de lodosdebido a obras de entrada inadecuadas (1)

Planta

Sección 2Sección 1

1 2

Buen pretratamiento

Pretratamientoinsatisfactorio

% d

e re

moc

ión

de s

alid

as

% de longitud de sedimentación20 40 60 80 100

0

20

60

80

100

40



Se evaluó una planta de trata-miento de agua de América Latina,compuesta de dos módulos confor-mados por una unidad de floculación,seguida de un decantador convencio-nal (figura 3-58).

Las unidades eran del tipo devuelta en U y la entrada del aguafloculada se efectuaba por un orifi-cio en la parte lateral derecha de cadadecantador.

Figura 3-58. Decantadores del tipovuelta en U (2)

Se realizó la prueba de depó-sito de lodos en uno de losdecantadores y se obtuvieron losresultados que se presentan en lafigura 3-59, a partir de la cual seobtienen los resultados indicados enel cuadro 3-14.

En la figura 3-57 se puedeapreciar un depósito de lodos irregu-lar en el sentido transversal, ocasio-nado por obras de entrada inadecua-das que producen un flujo preferen-cial cuyo camino es evidente por laforma en que se ha dispuesto el lodoen el fondo de la unidad.

Las curvas longitudinales delodos (figura 3-58) muestran un tra-zo oblicuo del flujo a través delmuro central de la unidad y los de-pósitos laterales de lodos que mar-ca las zonas muertas. Los datos del

Figura 3-59. Topografía de los lodos (1)

Sección 1

Sección 2

Sección 3

Sección 4

PlantaA B C

A B C

1,70 1,56 2,00 2,00 2,00 2,00 1,56 1,70

2,47 2,41 2,40 2,12 2,25 2,20 1,93 1,77 1,37

2,00

1,17 1,70 2,09 1,86 2,09 2,42 1,77

1,12 1,32 1,80 1,36 0,65 0,59 0,41

0,26 0,60 0,45 0,62 0,21 0,28 0,19

0,50

0,65

16,15

0,29

0,360,22

1,50

1,00

19,80

16,15

2,00

1,06

2,00

0,50

1,50

1,00

1,87

0,351,04


cuadro 3-14, obtenidos de las curvas, comparados con los criterios establecidos,indican que el proceso de acondicionamiento previo en esta planta es totalmenteinadecuado.

Cuadro 3-14. Características de los lodos depositados (1)

5.2.4 Estudio de caso

Se evaluó una planta detratamiento de agua de AméricaLatina, que tenia una batería detres decantadores convenciona-les, de forma rectangular y flujolongitudinal (figura 3-60).

a) Distribución de cauda-les

Se efectuó una prueba detrazadores, aplicando una solu-ción de sal común en el canal de salida del floculador y se tomaron muestras a laentrada de cada decantador, para medir la conductividad. Al momento de la prue-ba, la planta estaba operando con un caudal de 127 L/s. Ver los resultados en elcuadro 3-15.

Figura 3-60. Decantadoresconvencionales (2)

CaracterísticasTercios de longitud

Total1 2 3

Volumen de lodos (m3) 467 419 164 1.050Porcentaje de volumen 44,5 40 15,5 100Porcentaje de sólidos 15 16 8


Cuadro 3-15. Resultados de la prueba de trazadores (Co = 440 µmho) (2)

N.° TiempoC C-Co C C-Co C C-Co

1 0 465 25 465 25 445 52 15 485 45 450 10 445 53 30 490 50 455 15 445 54 45 465 25 450 10 445 55 60 470 30 445 5 445 56 75 470 30 450 10 449 97 90 480 40 450 10 445 58 105 470 30 450 10 445 59 120 480 40 450 10 445 5

10 135 480 40 450 10 445 511 150 475 35 450 10 445 512 165 465 25 445 5 450 1013 180 465 25 445 5 450 1014 195 470 30 445 5 450 1015 210 470 30 445 5 455 1516 225 475 35 445 5 455 1517 240 475 35 445 5 450 1018 255 470 30 445 5 450 1019 270 470 30 445 5 455 1520 285 470 30 445 5 455 1521 300 - - - - 450 1022 315 - - - - 455 15

Totales 660 170 194

El total de trazador que ingresó a los tres decantadores es de = 660 + 170 +194 = 1.024.

Los porcentajes de trazador que pasaron por cada unidad fueron los si-guientes:

Primera unidad: 660 x 100/1.024 = 64,45%;Segunda unidad: 170 x 100/1.024 = 16,60%;Tercera unidad: 194 x 100/1.024 = 18,95%.

Como el flujo de agua se distribuye proporcionalmente al trazador, aplican-do estos porcentajes a los 127 litros por segundo que se estaban produciendo el

Unidad 3Unidad 2Unidad 1


día de la evaluación, se determinaron los caudales que estaba recibiendo cadadecantador. Los resultados sintetizados en el cuadro 3-16 permiten apreciar que64.45% del caudal (81,85 L/s) lo recibía la unidad 1.

Cuadro 3-16. Caudales de operación de los decantadores (2)

b) Evaluación de la estructura de entrada

El ingreso del agua floculadaa cada unidad convencional (figu-ra 3-61) se efectúa mediante doscompuertas de fondo tipo tapón yuna cortina de distribución con 58orificios de 4 pulgadas de diáme-tro. En el cuadro 3-17 se indicanlos gradientes de velocidad que seestaban produciendo en los com-ponentes de la estructura de entra-da de cada unidad.

Cuadro 3-17. Gradientes de velocidad en la estructura de entrada (2)

c) Tiempo de retención y características hidráulicas de la unidad

Se aplicó el trazador en forma puntual a la unidad 1, que estaba recibiendo64% del caudal. Cada decantador tiene un volumen útil de 652,82 metros cúbicos,por lo que el tiempo de retención teórico de la unidad 1 considerando el caudal de

Parámetros

Trazador (%) 64,45 16,60 18,95Caudal (L/s) 81,85 21,08 24,04

Unidad 1 Unidad 2 Unidad 3

Figura 3-61. Estructura de entrada deldecantador (2)

Componentes

Compuerta 538,0 s-1 73,0 s-1 85,5 s-1

Orificios de la cortina 5 4 30



operación de 81,5 litros por segun-do es de 2,22 horas ó 133,20 mi-nutos. En la figura 3-62 se puedeobservar cómo se recolectó lamuestra a todo lo ancho de la uni-dad, para formar una muestracompuesta y determinar laconductividad. En el cuadro 3-18se indican los datos obtenidos enla prueba de trazadores.

Cuadro 3-18. Aplicación de trazador en el decantador convencional (2)(Co = 400 µmho y C’o= 470 µmho)

N.° 1 2 3 4 5 6 7T T/To C C - Co C-Co) F(t) 1 – F (t)

(min) (µmho) (µmho)

1 0 0,00 400 0 0 0,00 100,002 10 0,08 400 0 0 0,00 100,003 20 0,15 400 0 0 0,00 100,004 30 0,23 415 15 15 2,66 97,345 40 0,30 470 70 85 15,07 84,936 50 0,38 480 80 165 29,26 70,747 60 0,45 490 90 255 45,21 54,798 70 0,53 490 90 345 61,17 38,839 80 0,60 490 90 435 77,13 22,87

10 90 0,68 482 82 517 91,67 8,3311 100 0,75 481 11 528 93,62 6,3812 110 0,83 480 10 538 95,39 4,6113 120 0,90 480 10 548 97,16 2,8414 130 1,05 479 9 557 98,76 1,2415 140 1,05 477 7 564 100,00 0,00

Graficando las columnas 1 y 5, se obtuvo el gráfico de la figura 3-63. Estacurva está indicando que el tiempo de retención real de la unidad es de 90 minutos.

Figura 3-62. Tomando la muestradurante la prueba (2)

Σ


Graficando los datos de las columnas 2 y 7, se obtuvo el gráfico de la figura3-64. Del análisis de este gráfico se obtuvieron los siguientes resultados:

Flujo de pistón: 48%Flujo mezclado: 52%Espacios muertos: 58%

d) Estructura de salida

La estructura de salida está compuesta por un vertedero de 6,95 metros delargo, a todo lo ancho del extremo final de la unidad. Teniendo en cuenta que cadaunidad está operando con un caudal diferente, al aplicar la ecuación 16 se deter-minó la tasa de recolección de cada unidad (ver cuadro 3-19).

Figura 3-63. Tiempo real de retencióndel decantador convencional (2)

Figura 3-64. Características hidráulicasdel decantador convencional (2)

0 10 20 30 40 50 60

70 80 90

100

0 50 100 150 200Tiempo (min)

C -

Co

Tiempo real de retención del decantador convencional

1

10

100

1000

0.00 0.50 1.00 1.50T/To

(1- (

f(T)

)

p = 48 % m = 58 % M = 52 %

Características hidráulicas del decantador convencional


Cuadro 3-19. Evaluación de la tasa de recolección (2)


El tiempo de retención teórico de la unidad es de 133 minutos, que se redu-cen a 90 debido a la forma en que el agua ingresa a la unidad. Como el ingreso seefectúa mediante dos orificios en el fondo de unidad y la salida a través de unvertedero en el otro extremo del decantador, se establece un flujo oblicuo entreestos dos puntos y la velocidad que se intensifica en la unidad 1 por efecto de lasobrecarga de caudal de 64%. Los triángulos que este flujo preferencial deja en laparte superior e inferior constituyen grandes espacios muertos, del orden de 46%.

La estructura de salida del agua decantada es muy corta, la tasa de reco-lección de proyecto es el doble de la máxima aceptable. Debido a la falta deuniformidad de la distribución del caudal, la unidad 1 opera con una tasa de reco-lección que es cuatro veces mayor que la máxima admisible. Las unidades restan-tes, que reciben un caudal menor que el de proyecto, están operando con la tasamáxima de recolección (3 L/s.m).

Finalmente, la eficiencia de remoción de turbiedad de la unidad 1 es deapenas 16%, y en las restantes, de 57 y 70%. Esto es consecuencia de los proble-mas identificados anteriormente.

5.3 Evaluación de las unidades de flujo laminar

Los decantadores laminares son unidades de alta tasa; es decir, que seproyectan con elevadas tasas superficiales, lo que significa menor área utilizadapor cada L/s de agua producida y, por consiguiente, menor costo inicial. Por estarazón, los decantadores laminares son los más utilizados actualmente; en especial,la unidad de flujo ascendente.

Parámetros

Caudal (L/s) 80,96 21,50 24,54Tasa de proyecto (L/s.m) 6,09 6,09 6,09Tasa de operación (L/s.m) 11,65 3,09 3,53



Estos decantadores, porser los de más moderna concep-ción, han pasado por una serie deetapas de evaluación-optimi-zación, hasta llegar a la versiónactual.

Sin embargo, todavía haymuchos proyectistas que siguendiseñando versiones antiguas deesta unidad, por lo que debemosevaluar la geometría de la unidadpara ver si reúne todas las con-diciones para operar correcta-mente.

5.3.1 Zona de entrada

La evaluación siempre deberá iniciarse por la determinación del caudal deoperación de cada decantador, por lo que se aplicarán trazadores para determinarcómo se está distribuyendo el caudal.

La estructura de entrada debe constar de:

Compuerta para aislar la unidad, y canal longitudinal de distribución uniforme del agua floculada a lo largo

del módulo de placas o módulos tubulares.

En la figura 3-65 el canal central intermedio es el canal de distribuciónuniforme del agua floculada por la parte inferior del módulo de decantación.

Compuerta de aislamiento. Esta estructura no debe producir un gradientede velocidad mayor de 20 s-1; preferentemente, no mayor de 15 s-1.

Procedimiento:

Determinar mediante medición la sección útil (área mojada) de la com-puerta.

Determinar mediante trazadores el caudal que ingresa al decantador.

Figura 3-65. Decantador laminar de placasparalelas de última generación (4)

Canal dedescarga delodos

2,40 m

Canale tas de recolección

de agua decantada

2,40 m

Canal de agua decantada

Canal dedistribuciónde aguaf loculada

Placas deasbesto-cemento

100 L/s 160

10 m


Determinar el gradiente de velocidad que se produce al paso del agua floculadamediante la ecuación (15):

Estructura de distribución, a lo largo del módulo de placas. Esta estructurapuede ser un canal o una tubería instalada en la parte inferior del módulo deplacas, con el propósito de distribuir uniformemente el agua floculada. Debe com-probarse:

Si la estructura distribuye el caudal de manera uniforme. Se acepta unmáximo de desviación del caudal de 5%. La relación que se debe aplicarpara este fin es la siguiente:

n Al/Ac < R = 0,46 (18)

Donde:

Al = área de un orificio en m2

n = número de orificiosAc = sección del canal o de la tubería

Gradiente de velocidad en los orificios de paso aplicando las ecuaciones(17) y (18).

El gradiente de velocidad debe estar alrededor de 10 s-1 ó menos.

5.3.2 Zona de decantación

Constituida por módulos de decanta-ción de las siguientes características:

Pantallas planas paralelas, que puedenser de asbesto-cemento, fibra de vi-drio, plástico o lonas de vinilo reforza-das con fibras de poliéster, o

módulos prefabricados de sección cua-drangular, hexagonal o circular, hechosde plástico o de fibra de vidrio.

Figura 3-66. Módulos de plásticodeteriorados (2)

)Vm( Rh4f

g2

=G 5,1


En todos los casos, los módulos deben estar instalados con una altura deagua sobre ellos, variable entre 0,65 y 1,0 metros. Alturas menores pueden sercausa de arrastre de flóculos previamente sedimentados, sobre todo en el caso deflóculos de color.

Los módulos prefabricados normalmente son de material muy delgado quefácilmente se quiebran al ser lavados con agua a presión. Cuando los módulos serompen, el agua pasa por las aberturas que estos dejan, lo que produce un corto-circuito. La mayor parte del agua pasa por el forado que han dejado los módulosrotos y la eficiencia de la unidad se anula (ver figuras 3-66 y 3-67).

Cuando el personal de operacióncamina sobre el módulo de placas mien-tras realiza el lavado con agua a presión,o cuando las sacan para ingresar a la tol-va para extraer el lodo en forma manual,las placas se deterioran rápidamente (fi-gura 3-68).

Cuando el decantador queda sinplacas o sin módulos, ya no opera comouna unidad de alta tasa y si sigue funcio-nando con el caudal de proyecto sin queel problema sea subsanado, su capacidadde remoción será prácticamente nula.

Figura 3-67. Pantallas deasbesto-cemento rotas (2)

Figura 3-68. Operador parado sobrelas pantallas de asbesto-cemento (2)

Figura 3-69. Decantador laminaroperando sin pantallas (2)


Se comprobará la tasa de decantación con la que está operando la unidad:

Determinar el área (As) del decantador cubierta con las pantallas o módu-los de decantación.

Determinar la separación entre placas en el plano horizontal (d’), el espe-sor de las pantallas (e), y calcular la separación normal entre placas (d ):

d = 0,866 d’- e (19)

Determinar, mediante medición, el largo (l) y la separación (e) normal a lasplacas y calcular la longitud relativa (L) del módulo:

L = [ lu – 0,5 e] / e (20)

Determinar el factor de forma del módulo (f):

f = 0,866 (0,866 + 0,5 L) (21)

Determinar la velocidad real de sedimentación entre las placas (Vs):

Vs (m/s) = Q (m3/s)/ [As (m2) . f] (22)

Comparar con la tasa óptima obtenida en el laboratorio.

Zona de salida

La estructura de la zona de sali-da del decantador laminar debe abar-car toda el área de la unidad porquecada espacio entre placa y placa es unpequeño decantador, que debe tener en-cima su correspondiente zona de reco-lección del agua decantada. Cuando laslíneas de flujo deben arquearse dema-siado para alcanzar la salida, se produ-ce arrastre de flóculos previamente re-tenidos entre las placas.

Figura 3-70. Sistema de recolecciónmediante tuberías (2)


La estructura de recolección delagua decantada puede estar constituidapor canaletas o tubos perforados repar-tidos de manera uniforme en toda la su-perficie de la unidad. En el caso de uni-dades pequeñas, también pueden servertederos perimetrales.

El sistema de recolección debeestar instalado idealmente a una alturade un metro sobre el módulo de placas,pero se puede aceptar una altura míni-ma de 0,65 metros. Alturas menores pueden ser causa de arrastre de flóculospreviamente sedimentados; sobre todo en el caso de flóculos de color.

En la figura 3-71 podemos obser-var el sistema completo en operación,con el canal central de la parte superiorrecolectando el aporte de las tuberíasperforadas. Estas deben estar sumergi-das y con una carga de agua de alrede-dor de 0,10 metros para aprovechar todasu capacidad.

La unidad de la figura 3-72 tieneun sistema de recolección mediantecanaletas con orificios que aportan alcanal central.

Para determinar si el número de canaletas o tubos es adecuado, se debe:

Contar cuántos tubos o canaletas tiene el decantador y medir la longitud.

Calcular la tasa de recolección de agua decantada (qa), mediante la ecua-ción (16):

Figura 3-71. Sistema de recolecciónen funcionamiento

Figura 3-72. Sistema de recolecciónmediante canaletas (2)

LQ = qa


Comparar con el rango de tasas recomendadas de acuerdo con el tipo deflóculo.

Aplicación

Se evaluó una planta de tratamiento de agua proyectada para 30 litros porsegundo y que de acuerdo con lo indicado en la memoria del proyecto, podíaoperar hasta con 40 litros por segundo. Se evaluó la planta durante la mañanaoperando con 29 litros por segundo, pero por la tarde, el caudal de operación erade 47 litros por segundo.

El sistema de decantación consta de tres unidades de placas paralelas. Laevaluación se inició con una prueba de distribución de caudales para determinar elcaudal de operación de cada unidad, y se obtuvieron los resultados indicados en elcuadro 3-20.

Cuadro 3-20. Distribución de caudales a los decantadores (2)

Zona de entrada

Está compuesta por una compuer-ta de aislamiento a través de la cual in-gresa todo el caudal al inicio de la uni-dad. No tiene canal longitudinal quedistribuya uniformemente el flujo a lolargo del módulo de placas.

Las compuertas de aislamientooperan sumergidas, por lo que el área dela compuerta es igual al área mojada.Las dimensiones de las compuertas son

Figura 3-73. Vista de uno de losdecantadores evaluados (2)

% de trazadorDecantador Caudal de operación (L/s)

1 34,50 10,03 16,252 24,17 7,01 11,363 41,26 11,96 19,39

Total 100,00 29,00 47,00


0,25 metros por 0,25 metros, el área, 0,0625 metros cuadrados, y el radio hidráu-lico (A/p), 0,083 metros.

Conociendo los caudales y el área mojada de cada compuerta, podemosdeterminar la velocidad de paso a través de cada una mediante la ecuación (16) yel gradiente de velocidad correspondiente mediante la ecuación (17).

El cuadro 3-21 resume los cálculos efectuados.

Cuadro 3-21. Evaluación de las compuertas de entrada (2)

Se puede observar que los gradientes de velocidad que se producen al pasopor las compuertas, con un caudal de 29 a 30 litros por segundo, son aceptables(< 15 s-1), pero con 47 litros por segundo exceden el límite aceptable e incluso elgradiente de velocidad del último tramo del floculador, por lo que este incrementode gradiente de velocidad justo a la entrada del decantador puede estar debilitan-do o rompiendo el flóculo.

Zona de decantación

Cada decantador tiene un área de placas de 2,45 metros de ancho y 4metros de largo, por lo que el área superficial cubierta con placas es de 9,8 m2. Sedeterminó en el laboratorio la tasa óptima de decantación entre las placas con unaturbiedad de agua cruda de 430 UNT y se obtuvo una tasa de 30 m3/m2.d.

En el cuadro 3-22 se ha resumido el rango de tasas con los que opera cadaunidad, por efecto de la desigual distribución de caudales a las unidades y por lavariación de caudales con los que opera la planta durante el día.

Q = 29 L/sDecantador Q = 47 L/s

1 0,16 11 0,27 242 0,11 6,5 0,19 143 0,19 14,5 0,32 31

V (m/s) G (s-1) V (m/s) G (s-1)


Cuadro 3-22. Resultados de la evaluación de la zona de decantación (2)

Zona de salida

La estructura de recolección de las unidades está compuesta por un verte-dero perimetral que tiene 6 metros de longitud. Debido a la variación de caudales,se puede apreciar que la tasa de recolección varía entre 1,15 y 3,26 m3/m2.d (cua-dro 3-22), que supera la tasa promedio recomendable para flóculos de turbiedad,que idealmente debe estar en alrededor de 2 y se admite como máximo 3 L/s.m.


Se puede apreciar que en ningún caso se llega a exceder la tasa óptima dedecantación para la época de creciente, que es la época en que deben operar losdecantadores. Como la turbiedad del agua cruda que estaba ingresando a la plan-ta durante la evaluación variaba entre 1,28 y 1,34 UNT, los decantadores deberíanhaber estado operando con la alternativa de filtración directa, pero no lo estabanhaciendo porque el presedimentador estaba en mantenimiento. Al estar operandocon filtración rápida completa, se puede apreciar que la turbiedad del agua decan-tada era mayor que la del agua cruda, debido a que es muy difícil decantar aguastan claras.

Se puede optimizar la operación de estas unidades mejorando la distribu-ción de caudales (modificando las características del canal y la posición de lascompuertas) y colocando, además, una válvula a la entrada de la planta, paraajustar el caudal de proyecto y mantener un caudal de operación constante. Deeste modo, se impedirá que la planta reciba directamente las variaciones de lafuente.

Q = 29 L/s; To = 1,28 UNTParámetros evaluados Q = 47 L/s; To = 1,34 UNT

Tasa superficial (m3/m2.d) 88,4 62,0 105,4 145,6 100,2 172Tasa real o entre placas 14,0 10,0 17,0 23,0 16,0 27(m3/m2.d)Tasa de recolección (L/s.m) 1,64 1,15 2,00 2,72 1,91 3,26Caudal (L/s) 10,0 7,01 12,0 16,3 11,4 19,5Turbiedad efluente (UNT) 1,58 1,34 1,73 1,61 1,94 1,87

1 2 3 1 2 3


6. EVALUACIÓN DE LAS BATERÍAS DE FILTROS DE TASADECLINANTE Y LAVADO MUTUO

El proceso de filtración es muy complejo y envuelve una serie de mecanis-mos, desde la simple acción de cernido hasta los fenómenos de impacto inercial,sedimentación, intercepción, potencial eléctrico, difusión, floculación, puente quí-mico y, en algunos casos, actividad biológica. Aún no se ha definido cuál es elmecanismo más importante, pero no hay duda sobre la acción simultánea de todosellos, con mayor o menor intensidad, a lo largo de la carrera de filtración. Estohace sumamente difícil establecer un índice o patrón de eficiencia para evaluareste proceso.

Las características del agua aplicada a los filtros determinan la calidad delefluente, principalmente a través de la concentración, naturaleza, tamaño y pro-piedades de adherencia de las partículas. Estas características pueden influir en elíndice de filtrabilidad, cuya determinación podría hacerse con el empleo de unfiltro piloto o mediante el estudio de parámetros usualmente determinados y rela-tivamente fáciles de ser medidos como la turbiedad y la pérdida de carga.

Las características del medio filtrante desempeñan, asimismo, un papel im-portante en la eficiencia del proceso, principalmente el diámetro y la granulometríadel material filtrante.

Como consecuencia de las caracte-rísticas de la suspensión, del medio filtrante,de la velocidad de filtración, la pérdida decarga y la calidad del agua filtrada son lasvariables del proceso más fáciles de con-trolar y posiblemente de mayor significadoen la operación del filtro.

A continuación se describen los pro-cedimientos para evaluar cómo influyen to-das estas variables en una instalación defiltración rápida:

características de la unidad; eficiencia del proceso;

Figura 3-74. Batería de tres filtros (1)


características del proceso de filtración; características del medio filtrante; características del proceso de lavado.

6.1 Características de la unidad

El análisis consiste en comprobar si la batería de filtros fue bien concebida,si cumple con los requisitos básicos del proyecto para poder operar con tasa decli-nante y para que un filtro se pueda lavar con el flujo que produce el resto deunidades que componen la batería.

6.1.1 Requisitos para la operación de la batería con tasa declinante

Los requisitos básicos para que la batería pueda operar con tasa declinanteson los siguientes:

Debe estar integrada por un número mínimo de cuatro unidades. La figura3-74 ilustra un caso en que se consideraron apenas tres filtros.

Debe tener la carga hidráulica necesaria para que cuando un filtro reciénlavado entre en operación, la tasa de filtración no sea mayor de 1,5 veces latasa promedio de proyecto.

Debe tener un aliviadero móvil en el canal de entrada (para que se puedamodificar el nivel de acuerdo con las necesidades). La función de estealiviadero es limitar la carga hidráulica para el proceso, de tal manera quela condición anterior no sea superada (tasa máx. = 1,5 tasa promedio).

Los ingresos de agua decantada deben estar ubicados en un nivel inferior alnivel mínimo de operación de la batería.

6.1.2 Requisitos básicos para que la batería de filtros sea autolavable

Los requisitos básicos para que la batería de filtros sea autolavable —esdecir, para que un filtro cualquiera de la batería pueda ser lavado con el flujo queproducen las unidades restantes— son los siguientes:

La sección de cada filtro debe ser tal que al pasar el caudal que producenlos filtros restantes (como mínimo tres) por la sección del filtro que se está


lavando, se produzca la velocidad ascensional necesaria para expandir elmedio filtrante entre 25% y 30%.

La batería debe tener un canal que interconecte la salida de todos los fil-tros.

Debe ubicarse un vertedero de salida sobre el canal de interconexión, quepuede ser común a toda la batería (figura 3-76) o individual en cada filtro(figura 3-75). Este vertedero debe establecer la carga necesaria para com-pensar todas las pérdidas que se producen durante la operación de lavado.

Este vertedero debe ser móvil, para poder modificar la carga durante laoperación, hasta obtener la expansión deseada.


1) Estructura de entrada

En el caso de que se esté operando con la alternativa de filtración directa,la distribución del agua decantada o coagulada a la batería de filtros debe efec-tuarse mediante un canal o tubería. Los ingresos a cada filtro deben estar ubica-dos en un nivel inferior al mínimo de operación, de tal manera que cada filtro tomelibremente el caudal que puede tratar, según el estado de colmatación en que seencuentra.

Figura 3-75. Vertedero individualen cada filtro (1)

Figura 3-76. Vertedero de salidacomún a toda la batería (1)


Las baterías con canales tienen la ventaja de que el almacenamiento dispo-nible en los canales amortigua el impacto del movimiento del agua cuando secierran o abren las válvulas (figura 3-77).

En los sistemas con tuberías y válvulas operadas eléctricamente o median-te aire comprimido, cuando el sifonaje originado por el accionamiento de las vál-vulas es muy fuerte, puede producirse el desprendimiento del sedimento retenidoen el lecho filtrante (figura 3-78).

2) Caja del filtro

En la caja del fil-tro se encuentran:

El fondo falso.Se llama así alcanal o espacioubicado debajodel drenaje. Estecanal debe tenercomo mínimo 40centímetros dealtura.

Drenaje. Es-tructura que per-mite el paso del

Figura 3-77. Batería de filtros coninterconexiones mediante canales (1)

Figura 3-78. Batería de filtros coninterconexiones mediante tuberías (1)

Figura 3-79. Vista en elevación de la caja del filtro (1)

Canal de recolecciónde agua filtrada

N. 4.100N. 4.100

Canal dedistribución

de aguadecantada

N. 4.250N. 4.350

N. 0.000

N. Min-3.880

.250

N. Max-3.950

N. 3.500N. 3.500

Canal derecolección

de aguade lavado

N. 2.415 N. 2.450

.250

Canal derecolección

de desagües

Arena

Grava

Falso fondode filtros

N. 0.100

.500

.800

.215

.600

.400

Cámara deinspecciónde filtros

Compuerta12” x 12”

N. 1.250


agua en forma ascensional durante el lavado y en forma descendente du-rante el proceso de filtración. El drenaje característico de este tipo de fil-tros es la vigueta prefabricada de concreto, que durante el lavado distribuyeel agua en forma muy pareja en todo el lecho y tiene gran resistencia es-tructural (ver figura 3-80).

Encima del drena-je debe estar la capasoporte de grava. Lafunción de la capa so-porte es evitar que laarena se pierda a tra-vés del drenaje, por loque se gradúa de ma-nera que el tamaño ma-yor de grava sea unpoco más grande quelos orificios del drena-je, y el tamaño menor,apenas un poquito másgrueso que el tamañomayor de la arena. Laaltura y granulometríadependen del tipo dedrenaje existente. En el

caso de las viguetas prefabricadas, se recomienda una capa de 45 centímetros dealtura mínima, con un tamaño de la grava variable entre 1/8” y 2” de diámetro.Véanse las especificaciones en el cuadro 3-23.

Cuadro 3-23. Capa soporte de grava para viguetas de concreto prefabricadas (2)

Capa Espesor (cm) Tamaño

1 7,5 1/8" - 1/4"2 7,5 1/4" - 1/2"3 7,5 1/2" - 3/4"4 10,0 3/4" - 1 1/2"

Fondo 12,5 1 1/2" - 2"Total 45,0

Figura 3-80. Drenaje de viguetas de concreto (2)

Refuerzo

15 cm

30 cm

Mortero

10 cm de 1’’ 1/2 - 3/4’’

12,5 cm de 2’’ - 1 1/2’’

Elemento prefabricado

Niples de 1’’ a1/2’’ cada 15

cm c/c

7 cm

Falso fondoApoyo

25,5 cm

40 a 50 cm Apoyo

10 cm

15


Solo cuando el drenaje es de placas porosas, no se coloca lecho de grava.En los casos en que se haya empleado un drenaje de patente, ver las espe-cificaciones del fabricante para el lecho de grava correspondiente.

Sobre la grava se encuentra el medio filtrante, que puede ser simple o do-ble. El medio filtrante simple generalmente es de arena o también puede sersolo de antracita. El medio doble normalmente es la combinación de unacapa de arena situada en la parte inferior y una de antracita encima.

Cuadro 3-24. Características del medio filtrante (1, 2)

Altura (m) 0,60 – 0,80 0,25 – 0,30 0,45 – 0,50Tamaño efectivo (mm) 0,55 – 0,70 0,50 – 0,60 0,75 – 0,90Coef. de uniformidad (CU) < 1,5 < 1,5 < 1,5Tamaño mayor (mm) 1,41- 1,65 1,41 2,0 – 2,38Tamaño menor (mm) 0,42 0,42 0,70

Por encima del lecho filtrante se ubican las canaletas de lavado. En el casode filtros grandes, normalmente las canaletas secundarias vierten a un ca-nal central recolector del agua de lavado (figura 3-81). Cuando el canalprincipal está en medio del filtro, se denomina de filtro doble. En filtrospequeños se puede encontrar una canaleta perimetral o un solo canal cen-tral para recoger el agua de lavado (figura 3-82).

Figura 3-81. Canaletas de lavado enfiltros grandes (1)

Figura 3-82. Canaletas de lavado en filtros pequeños (1)

Características Lecho simple Lecho dobleArena Antracita


El agua filtrada sale del drenaje al falso fondo y puede pasar a un canal deaislamiento o directamente al canal de interconexión. Normalmente los fil-tros grandes deben tener canal de aislamiento para poder sacar un filtro ainspección o mantenimiento, mientras que los otros siguen operando. En losfiltros pequeños por lo general no se considera canal de aislamiento e inclu-so puede darse el caso de que el falso fondo sea el canal de interconexión.

6.2 Eficiencia del proceso

Objetivo

Determinar si los filtros están produciendo un agua de bebida micro-biológicamente apta para consumo humano.

Procedimiento

Este aspecto puede determinarse a través de curvas de frecuencia acumu-lada de turbiedad de agua filtrada, que se obtienen procesando los promediosdiarios de turbiedad de agua filtrada de por lo menos un año. Tenemos dos crite-rios para analizar el resultado de estas curvas:

1) El filtro debe producir aguacon menos de una UNT,para que se pueda garanti-zar la eficiencia de la des-infección.

2) Para que se pueda garan-tizar la ausencia de huevosde parásitos en el agua tra-tada, el efluente de los fil-tros no debe tener más de0,10 UNT; pero para queel filtro pueda alcanzar estameta, el agua decantadadebe tener menos de 2 UNT el 95% del tiempo.

Este criterio es especialmente importante cuando la planta se encuentra enuna zona de parasitosis endémica.

Figura 3-83. Eficiencia de la filtración (1)

010 20 30 40 50 60 70 80 90

100

0 1 2 3 4 5 6

Eficiencia de la filtración

95 % < 3.5 UNT% F

recu

enci

a ac

umul

ada

Turbiedad (UNT)


Aplicación

Se tomó un año de infor-mación de turbiedad de aguafiltrada de los archivos de con-trol de procesos de una plan-ta de América Latina. Conesta información se preparó lacurva de la figura 3-83.

Interpretación de losresultados

De acuerdo con lo queindica la curva, el 95% deltiempo el agua filtrada presen-

tó menos de 3,5 UNT, el 100% del tiempo tuvo menos de 5,0 UNT, pero nunca dioagua con menos de 0,10 UNT, y la planta se encuentra en una zona de parasitosisendémica.

Analizando las causas de este comportamiento de la batería de filtros, seencontraron las siguientes:

1) Cuando el agua cruda presentaba menos de 5 UNT, no se aplicaba coagu-lante.

2) El agua decantada el 95% deltiempo tenía menos de 6 UNT (fi-gura 3-84). Esto se debía a quela unidad no tenía un canal cen-tral de distribución, el aguafloculada entraba toda por el ini-cio de la unidad y a un nivel muybajo, levantando los lodos depo-sitados en la tolva del decantador.

3) Los filtros no tenían la capa so-porte de grava apropiada para eldrenaje de viguetas prefabrica-

Figura 3-84. Eficiencia de la decantación (1)

Figura 3-85. Se perdió la arena porfalta de capa soporte (1)

010 20 30 40 50 60 70 80 90

100

0 10 20 30 40 50 60

Frecuencia acumulada de turbiedaddel agua decantada

95 % < 6,0 UNT% F

recu

enci

a ac

umul

ada

Turbiedad (UNT)


das. Solo se habían colocado 15 centímetros de grava y una malla de mos-quitero para contener la arena (figura 3-85).

4) La arena se encontraba casi toda en el falso fondo y en el canal de aisla-miento de los filtros.

6.3 Características del proceso de filtración

Debemos evaluar principalmente las variaciones de la velocidad de filtra-ción durante el proceso, la calidad del filtrado inicial que se obtiene y la duraciónde las carreras de filtración.

6.3.1 Velocidad y caudal de filtración

El caudal de filtración de cada filtro, así como la velocidad de filtración, sondiferentes en cada unidad de la batería cuando se está operando con tasa decli-nante. Al instalar la tasa declinante, desfasando las condiciones de operación delos filtros, cada filtro tiene un diferente estado de colmatación del lecho filtrante, ycomo por su especial diseño no admiten más agua que la que el estado del mediofiltrante les permite, todos se encuentran operando con diferentes condiciones decaudal y velocidad. Como se lavan siempre en estricto orden consecutivo, el últi-mo que se ha lavado es el que está tomando mayor caudal y tiene la velocidadmás alta. En los anteriores van decreciendo tanto el caudal como la velocidad y elque tiene más tiempo operando, el más sucio, es el que tiene las condicionesmínimas de caudal y velocidad.

Objetivo

Determinar si la batería de filtros está operando con tasa declinante y si larelación de velocidad máxima de operación a velocidad promedio es la adecuadapara que el filtro recién lavado produzca agua de buena calidad.

Procedimiento

Comenzar por revisar la bitácora o el formulario de operación de filtros ydeterminar cómo se están lavando estos:

i) Si se están lavando todos los filtros juntos, normalmente durante la no-che y sin tener en cuenta un orden correlativo, quiere decir que la tasa


declinante no está instalada. La prueba concluirá determinando la dura-ción de las carreras de filtración. Uno de los efectos más negativos deoperar con tasa constante una batería de filtros que fue proyectada paraoperar con tasa declinante es la reducida duración de las carreras por logeneral de 4 a 10 horas, dependiendo de la calidad del agua. Esto sedebe a que la carga que se considera para operar con tasa declinante esmucho más reducida que la necesaria para operar con tasa constante.

ii) Si los filtros se están lavando en orden consecutivo y desfasados duran-te todo el día, es evidencia de que en alguna medida se está operandocon tasa declinante. Para determinar si esta operación se efectúa co-rrectamente, se debe preguntar al operador cuál es su criterio para to-mar la decisión de lavar un filtro y cómo lo hace.

Iniciar la prueba lavando el filtro que toca, de acuerdo con el formulario de opera-ción.

Si cada filtro tiene un vertedero individual a la salida (figura 3-74), determi-nar directamente los diferentes caudales de operación q1 a qn en losvertederos de cada unidad.

Determinar el área filtrante (Af) de cada unidad mediante medición direc-ta. Estas áreas debieran ser todas iguales.

Tomando el caudal que corresponde al filtro que recién se lavó, calcular lavelocidad de filtración máxima (Vfmáx) :

Vfmáx (m3/m2.d) = qmáx (m3/d) /Af (m2)

Se determina la velocidad de filtración promedio (Vf prom.) en la batería,que es la relación del caudal de operación de la batería Q en m3/d, con elárea total de filtración de la batería:

Vf prom. = Q/At

Comprobar la relación = Vfmáx / Vfprom = 1,5

Si esta relación es mayor de 1,5, la calidad del agua producida por el filtrorecién lavado podría estar deteriorándose.


Si los filtros no tienenvertederos individuales,pero tienen canal de ais-lamiento accesible parafines de muestreo, laúnica forma de determi-nar cuánto caudal estápasando por cada uni-dad sería mediante unaprueba de distribuciónde caudales mediantetrazadores.

El trazador se aplica enel inicio del canal de distribución a los filtros y se toman las muestras en elcanal de aislamiento de cada unidad (ver la sección 5, “Ensayos comple-mentarios”, del cap. 2). En la figura 3-86 se está indicando con una flechael punto en que se deben tomar las muestras. En el caso que se ilustra, sedejaron niples de plástico con tapones sobre los canales de aislamiento parapoder tomar muestras del efluente de cada filtro. En las plantas medianas ygrandes normalmente se dejan registros con tapa sanitaria.

Está sobreentendido que cuando los filtros no tienen canal de aislamiento nivertedero individual, no será posible efectuar la prueba de distribución decaudales, ni determinar cómo está variando la tasa de velocidad entre losfiltros; pero si se están lavando en forma consecutiva y desfasada, los fil-tros estarán operando con tasa declinante, lo cual también se reflejará en laduración de las carreras.

6.3.2 Calidad del filtrado inicial

Después del proceso de lavado, el primer efluente que produce el filtro porlo general tiene una turbiedad mayor que la del resto de la carrera, debido a queuna parte de las partículas que se desprendieron durante el lavado todavía perma-necen en el filtro y salen al entrar en servicio. Normalmente, cuanto más descui-dada sea la operación del filtro y peor se encuentre el medio filtrante, más turbioserá el primer efluente que produzca el filtro.

Figura 3-86. Punto de toma de lasmuestras de trazadores (1)


Objetivo

Detectar el comportamiento del filtro al iniciar la carrera de filtración ydeterminar el tiempo que demora en alcanzar la turbiedad normal. Mediante estaprueba se puede determinar también el comportamiento del medio filtrante.

Materiales

15 recipientes de 150 mililitros o más y un turbidímetro.

Procedimiento

Abrir el acceso al canal de aislamiento del filtro.

Utilizando un tomador de mues-tras de profundidad y a partir del mo-mento en que se reinicia la operaciónde filtrado, comenzar a tomar muestrasdel efluente cada minuto hasta comple-tar 15 minutos. En la figura 3-87 se pue-den apreciar los ingresos delante decada filtro en los cuales se tomaron lasmuestras.

Graficar turbiedad versus tiempo,en papel semilogarítmico de dos ciclos.


Cuando las turbiedades iniciales son muy altas, se puede asumir que el filtroquedó mal lavado. Esto, por supuesto, no es una regla absoluta, pues cada filtropuede empezar la carrera con una cierta turbiedad que depende del estado dellecho filtrante, pero turbiedades por encima de las corrientes sí indican que faltótiempo de lavado.

6.3.3 Duración de las carreras de filtración

En una batería de filtros que funcione correctamente, la duración de lascarreras de filtración puede variar entre 30 y 50 horas o más, dependiendo de lacalidad del agua coagulada o decantada que reciba. Se denomina carrera defiltración al intervalo entre lavados de un mismo filtro.

Figura 3-87. Punto de muestreo parafiltrado inicial


Esta determinación se efectúa analizando la bitácora o el formulario deoperación de los filtros.

6.4 Características del sistema de lavado

Del comportamiento del sistema de lavado de la batería de filtros dependela conservación del lecho filtrante, por lo que las pruebas que se indican a conti-nuación deben efectuarse durante la puesta en marcha de la planta, a fin de efec-tuar los ajustes necesarios para que los filtros se conserven en buen estado.

6.4.1 Expansión del medio filtrante

La expansión del lecho filtrante depende del caudal de lavado y del peso delos granos de arena. Este último varía de acuerdo con el diámetro del materialgranular.

En filtros de diseño americano, con arena fina de 0,45 a 0,55 milímetros dediámetro efectivo, el rango de expansión ideal es de 25% a 30%. Con porcentajesde expansión mayores, en lugar de mejorar, la limpieza de la arena desmejora,porque al distanciarse más los granos de arena, ya no se friccionan entre sí. En losfiltros de diseño europeo, con arena gruesa de 0,80 a 1,0 milímetros de diámetrode tamaño efectivo y lavado con aire y agua, el porcentaje de expansión óptima esde 10%.

Objetivo

Determinar el porcen-taje de aumento de espesordel lecho filtrante durante laoperación de lavado.

Materiales

Varilla metálica concajitas soldadas a una distan-cia de 5 centímetros entre losbordes de las cajitas. En el ex-tremo final de la varilla, debe

Figura 3-88. Medidor de expansióndel lecho filtrante (2)

Nivel lecho estático

Expansión

Nivel lecho expandidoCapa más alta con arena

Varilla con cajitas soldadas

Plancha metálica para que no seincruste la varilla


haber una planchita metálica para evitar que se introduzca en la superficie de laarena (figura 3-87).

Procedimiento

Antes del inicio del lavado, situar la varilla dentro del filtro colocando elextremo inferior encima del lecho filtrante.

Proceder a efectuar el lavado normalmente. Después de 3 minutos, retirar suavemente la varilla, verificar cuántas cajas

están llenas del material filtrante y medir la distancia (Δh) entre la caja másalta que contenga arena y el extremo inferior de la varilla.

Determinar la altura del lecho filtrante (h) en el punto de medición. Determinar el porcentaje de expansión (E) del lecho filtrante:

Efectuar esta medición en varios puntos del lecho filtrante para determinarsi la expansión es uniforme en toda el área del filtro.

Se recomienda medir en especial el punto opuesto a la salida del agua delavado y el inmediato. Cuando hay una distribución defectuosa del agua de lavado,estos son los puntos en que hay mayor y menor expansión, respectivamente.

Para que el medio filtrante se lave bien, debe producirse una expansión de25% a 30% de manera uniforme en toda el área del filtro.

6.4.2 Duración del proceso de lavado

Cuando se hace el lavado de un filtro, la turbiedad del agua de lavado au-menta rápidamente al principio y puede llegar a valores superiores a 1.000 UNT yluego, a medida que la arena se va limpiando, la turbiedad va disminuyendo. Ana-lizando esta curva, se puede determinar el tiempo de lavado más conveniente.

El tiempo de lavado también varía con la calidad del agua cruda. En laépoca de lluvia, cuando la turbiedad es alta, el tiempo de lavado necesario sueleser mayor que en época de aguas claras.

100 x hΔhE


Objetivo

Determinar el tiempo óptimo en que debe ejecutarse la operación de lavado.

Materiales

15 frascos de 150 mililitros, un cronómetro y un turbidímetro.

Procedimiento

Numerar los frascos. El número de frascos dependerá de la época del añoy de la forma de lavado; es decir, si el lavado se realiza con aire o con agua.

Iniciar el lavado normal del filtro y tan pronto como caiga la primera aguade lavado en las canaletas, llenar el frasco 1 rápidamente. Continuar llenan-do los frascos cada minuto hasta completar los 15.

Determinar turbiedades de las muestras y dibujar la curva de turbiedadversus tiempo en papel logarítmico-aritmético de tres ciclos (ver figura3-89).

Determinar en la curva el punto de inflexión inferior en donde esta tiende aser asintótica con respecto al eje horizontal. El tiempo óptimo de lavadocorresponderá alcoincidente con elpunto de inflexión. Apartir de este mo-mento no se gananada con prolongar elproceso. Sería de-seable que en estepunto se obtuviera unagua con una turbie-dad no mayor de 5UNT.

Se aprovechará laetapa del lavado para obser- Figura 3-89. Duración de la operación de lavado (1)

1

10

100

1000

0 2 4 6 8 10 12

Turb

ieda

d (U

NT)

FILTRO 1 FILTRO 2 FILTRO 3FILTRO 4 FILTRO 5 FILTRO 6

Duración del lavado

Tiempo (min)


var el comportamiento de esta operación. La figura 3-90 muestra zonas en que elagua expande demasiado, ha roto la boquilla y sale a borbotones. Se puede apre-ciar un sector del filtro en que el agua sale muy turbia, lo que indica que el lechofiltrante expande más que en el resto del área, donde el agua todavía es clara(figura 3-91). Este comportamiento se debe a una distribución no uniforme delagua de lavado en el drenaje.

6.5 Características del medio filtrante

El medio filtrante es la parte más importante del filtro, constituye propia-mente el filtro, y las características que tienen más influencia en la eficiencia delfiltro son el tamaño y la forma de los granos, la porosidad del medio filtrante y sualtura.

Cuadro 3-25. Características usuales de los lechos filtrantes (2)

Espesor del medio filtrante (m) 0,70 – 1,00 0,25 – 0,30 0,45 – 0,50Tamaño efectivo (T. E.) (mm) 0,50 – 0,70 0,50 – 0,60 0,75 – 0,90Coef. de uniformidad (CU) < 1,5 < 1,5 < 1,5

Figura 3-90. Comportamientodurante el lavado (1)

Figura 3-91. Comportamiento durantela operación de lavado (1)

Características Simple de arena Lecho dobleArena Antracita


En el caso de los lechos dobles, el diámetro de la capa de antracita másprofunda (d90) debe guardar una relación de 3 veces el diámetro de la capa dearena más fina (d10), para que el grado de intermezcla (Im) sea aceptable.

La porosidad de la arena se encuentra normalmente entre 0,40 y 0,45. Sudeterminación no es esencial para la evaluación del rendimiento del filtro. Muchomás importantes son el tamaño efectivo y el coeficiente de uniformidad de losmateriales que componen el lecho filtrante. Su determinación periódica, una o dosveces al año, proporciona información que permite saber si se está perdiendomaterial durante la operación de lavado, o si se está produciendo el crecimiento delos granos como consecuencia de la mala remoción de la película adherida a estos.

6.5.1 Granulometría del medio filtrante

Objetivo

Determinar el tamaño de losgranos que componen una mues-tra del medio filtrante.

Materiales

Un juego de mallas de laserie Tyler

Procedimiento

Lavar el filtro normalmentey vaciarlo para poder ingre-sar (ver figura 3-92).

Obtener una muestra representativa de toda la profundidad del lechofiltrante.

Secar y pesar la muestra de material filtrante.

Colocar la muestra en el juego de mallas Tyler, en el recipiente superior demayor abertura y agitar el conjunto mecánica o manualmente, hasta que losgranos pasen a través de tantas mallas como su tamaño lo permita.

Figura 3-92. Extrayendo una muestradel medio filtrante (1)


Pesar las porciones de muestra retenidas en cada malla y calcularlas comoporcentajes de la muestra total.

Graficar los porcentajes obtenidos en un papel logarítmico de probabilida-des, colocando los porcentajes en peso acumulado en el eje de las ordena-das (escala logarítmica) y el tamaño de los granos en milímetros en el eje delas abscisas (escala de probabilidades).


Del análisis granulométrico de la arena que conforma un filtro de lechodoble se obtuvieron los resultados que se indican en la curva 1 de la figura 3-93.

El diámetro efectivo y el coeficiente de uniformidad se obtienen de la curvaindicada. Se determinan los tamaños correspondientes al 10% y 60%, de lo queresulta:

Figura 3-93. Curvas granulométricas de un lecho doble (2)

1000.180.1580 70

0.21 0.25 0.30 0.35 0.42 0.50 0.59 0.71 0.84 1.00 1.19 1.41 1.68 2.00 2.38 3.36 4.00 4.76 5.66 6.72 8.0060 50 40 35 30 25 20 18 16 14 12 10 8 7 6 5 4 3 ½

2.833 2 ½

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 20 30 40 50 60 70 800.199

Tamaño del grano en min.

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 20 30 40 50 60 70 800.1

0.180.15 0.21 0.25 0.30 0.35 0.42 0.50 0.59 0.71 0.84 1.00 1.19 1.41 1.68 2.00 2.38 3.36 4.00 4.76 5.66 6.72 8.002.83

100 80 70 60 50 40 35 30 25 20 18 16 14 12 10 8 7 6 5 4 3 ½ 3 2 ½

1

90

80

70

60

50

40

30

20

10

1

% d

e pe

so q

ue p

asa

la m

alla

(acu

mul

ado)


diámetro efectivo (de) = P10 = 0,64 mm

coeficiente de uniformidad

(CU) = P60/P10

(CU) = 0,94/0,64 = 1,46

Las curvas 2 y 3 fueron determinadas del mismo modo y corresponden alanálisis de la antracita con 6 meses de intervalo entre ellas. Los resultados de lacurva 2 son los siguientes:

Tamaño efectivo = P10 = 0,80 mCeficiente de uniformidad (CU) = P60/P10 = 1,40/1,80 = 1,75

La segunda muestra (curva 3), tomada después de nueve meses de opera-ción continua, presentó los siguientes resultados:

Tamaño efectivo = P10 = 0,92 mCoeficiente de uniformidad (CU) = P60/P10 = 1,50/0,92 = 1,63

El grado de intermezcla es: d90 antracita = 2,38 = 3,7 d10 arena 0,64

Los parámetros de la muestra dearena (curva 1) indican que el materiales un poco grueso y bastante uniforme,la antracita (curva 2) es, por el contra-rio, ligeramente fina y poco uniforme.Sin embargo, el grado de intermezclaes aceptable.

Del análisis de la curva 3 se de-duce que el material varió después deseis meses, lo cual se debe a que el pro-ceso de lavado era defectuoso y se per-día material fino por exceso de veloci-dad, lo cual se vio corroborado por eldesacomodo de la arena.

Figura 3-94. Cantidad de bolas de lodoen el lecho filtrante (1)


6.5.2 Estado del medio filtrante

Como consecuencia de un lava-do deficiente del filtro (falta de expan-sión) o de una frecuencia inadecuadade retrolavados, el lodo se va acumu-lando dentro del lecho filtrante. Estegrado de deterioro del lecho filtrante sepuede visualizar a través de la presen-cia de bolas de lodo (figura 3-94).

Objetivo

Determinar la cantidad de bolas de lodo presentes en el lecho filtrante.

Materiales

Muestreador consistente en tubo metálico de 75 milímetros de diámetro y0,15 metros de largo (véase la figura 3-95).

Malla metálica número 10 (2 mm de abertura).

Probeta de 500 mL.

Procedimiento

Lavar normalmente el filtro y drenar el agua hasta 20 centímetros por debajodel nivel de la superficie de la arena.

Determinar el volumen del muestreador y extraer cuatro muestras del lecho,incrustándolo hasta llegar a la grava. Extraer suavemente el muestreadorpara evitar que la muestra se pierda.

Extender la arena sobre un plástico para separar con cuidado las bolas delodo, dejándolas secar al sol.

Colocar las bolas de lodo secas en una probeta en la cual se ha colocado undeterminado volumen de agua. El volumen de las bolas es equivalente alincremento de volumen contenido en la probeta.

Figura 3-95. Equipo para pruebade bolas de lodo (2)

Cilindrograduado

Bolas debarro

Agua

Muestreador

10 cm

10 cm

16 cm


El resultado se expresa en porcentaje con respecto al volumen de arenaprocesada.

% de bolas de lodo = Incremento de volumen x 100/ volumen de muestra


Un filtro bien conservado no debe contener bolas de lodo. Sin embargo, esposible que con el transcurrir de los años, puedan irse formando hasta llegar a 1%sin que afecten mayormente el funcionamiento de la unidad. Por encima de esevalor, la eficiencia se ve afectada cada vez en mayor grado. Porcentajes mayoresde 5% están indicando la necesidad de reconstruir el lecho filtrante.

Se puede clasificar el filtro de acuerdo con el siguiente cuadro.

Cuadro 3-26. Clasificación de los filtros de acuerdo con elporcentaje de bolas de lodo (2)

0 – 0,1 Excelente0,1 – 0,2 Muy bueno0,2 – 0,5 Bueno0,5 – 1,0 Regular1,0 – 2,5 De regular a malo2,5 – 5,0 Malo

7,5 Muy malo

6.5.3 Espesor del medio filtrante

Cuando el lecho filtrante expandedemasiado, la arena se pierde en cadaretrolavado y se puede ver en lascanaletas de recolección de agua delavado, o se puede encontrar en el falsofondo del filtro o en el tanque de aguasclaras cuando el drenaje se encuentraen mal estado y la arena se pierde através de este. Se puede evitar la pérdida

% de volumen de bolas de lodo Condiciones del medio filtrante

Figura 3-96. Profundidad del lechofiltrante (2)

Manilla

Graduación

Punta plana

1/2’’

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0


del lecho si se controla cada seis meses su profundidad y se aplican medidascorrectivas (figuras 3-96 y 3-97).

Objetivo

Determinar la profundidad del medio filtrante.

Materiales

Varilla de ½” de diámetro y una cinta métrica (ver figura 3-93).

Procedimiento

Después de lavar el filtro, se seca la superficie y se introduce la varillametálica hasta encontrar la capa de grava.

Determinar la longitud de la porción de la varilla introducida.

Repetir esta operación en varios puntos del lecho.

Comparar las alturas con las indicadas en el proyecto o con la que le co-rrespondería de acuerdo con la granulometría de la arena.

La pérdida de la arena a través del drenaje normalmente ocurre cuando nose ha colocado la altura y granulometría apropiada de la capa soporte de gravapara el drenaje de viguetas de concreto prefabricado (figura 3-96).

Figura 3-96. Arena en las canaletasde lavado (1)

Figura 3-97. Arena en el falso fondodel filtro (1)


También puede ocurrir esta situación cuando no se ha colocado el sello demortero entre las viguetas de concreto del drenaje o cuando por causa del tiempo,este se ha perdido.

A menudo se encuentran filtros que solo están operando con la capa dearena más gruesa y la grava, debido a que por una exagerada expansión del mediofiltrante, se ha perdido todo el material más fino (figura 3-98).

Esto se hubiera evitado si se hubiera efectuado una evaluación de los filtrospor lo menos cada seis meses.

La figura 3-99 ilustra un caso extremo de desacomodo del medio filtrante,inicialmente debido a una mala distribución del agua de lavado. Con el tiempo ydebido a la fuerte presión que ejerce el agua en un sector del drenaje, lo llega aromper y esta es ya la situación que se está ilustrando.

6.6 Caso de estudio

Se evaluaron las instalaciones de filtración de una planta de filtración rápi-da de América Latina de 840 L/s de capacidad (figura 3-100).

De acuerdo con los planos del proyecto, el sistema de filtración estabacompuesto por dos baterías de tasa declinante de cuatro filtros cada una, de 32,5

Figura 3-98. Solo quedaba materialgrueso en el filtro

Figura 3-99. Total desacomododel medio filtrante


m2 de área filtrante cada uno,con lecho doble de antracitay arena y lavado con aire yagua.

Los canales de inter-conexión de las baterías es-taban intercomunicados poruna abertura en la parte in-ferior.

Al momento de la eva-luación, las dos baterías decuatro filtros estaban siendooperadas como una sola ba-tería de ocho filtros y los niveles de los filtros no eran uniformes a pesar de estarintercomunicados a través del canal de entrada y del canal de interconexión (prin-cipio de vasos comunicantes).

6.6.1 Eficiencia

Las curvas de las figuras 3-101 y 3-102 muestran la calidad de la fuente yla eficiencia de remoción del sistema de tratamiento.

Se puede apreciar que de junio a octubre el agua cruda es muy clara y demejor calidad que el agua decantada y filtrada (figura 3-101).

La figura 3-102 muestra que los filtros no realizan una buena remociónmicrobiológica durante los meses lluviosos en que la contaminación es mayor.

A continuación analizaremos en qué condiciones se encontraban los filtros.

Figura 3-100. Vista de la batería defiltros evaluada (1)


6.6.2 Características del lecho filtrante

Se extrajo una muestra del lecho filtrante, separando la antracita de la are-na. Se observó que estaban muy mezcladas y se encontró gran cantidad de bolasde lodo, principalmente en los filtros 1 y 2. Se lavó la muestra, se puso a secar y seefectuó la determinación del análisis granulométrico (ver el cuadro 3-27).

Cuadro 3-27. Granulometría del lecho filtrante (1)

Los análisis granulométricos de la antracita y de la arena indican que laarena es fina. T. E. = 0,46 mm; tamaño mínimo = 0,30 mm.

El grado de intermezcla de la antracita con la arena es de 5,2 y lo aceptablees 3,0. Este grado de intermezcla indica que la arena está muy revuelta conla antracita.

Grado de intermezcla = 2,38/0,46 = 5,17

Lo más negativo de esta situación es que la arena está rellenando los porosde la antracita y se ha formado en esta zona una especie de tapón que haincrementado la pérdida de carga, acortando las carreras.

Figura 3-101. Eficiencia de remociónde turbiedad (1)

Figura 3-102. Eficiencia de remociónmicrobiológica (1)

Características Arena Antracita

Tamaño efectivo (T. E.), mm 0,46 0,90Coeficiente de uniformidad 1,59 1,54Tamaño máximo (mm) 1,17 2,38Tamaño mínimo (mm) 0,30 0,59

012345678

0 2 4 6 8 10

A. cruda A. decant. A. filtrada

Eficiencia de remoción de turbiedad

Turb

ieda

d (U

NT)

Mes

050

100150200250

0350400450

M A M J J A S O

Eficiencia de remoción de coliformestermotolerantes

C.F

./100

mL

Meses Cruda Filtrada


6.6.3 Tasas de filtración y lavado

Determinación de la tasa de filtración promedio y la velocidad de lavado deproyecto:

Vf promedio = (0,84 * 86.400)/ ( 8 * 32,5) = 279 m3/m2.dVL = [(0,84/2) * 60]/ (32,5) = 0,775 m/min

6.6.4 Carreras de filtración

Analizando el registro de operación de los filtros, se determinó que si bien latasa declinante había sido instalada inicialmente, no estaba siendo correctamenteoperada, debido a que los filtros no se lavaban consecutivamente. El criterio quese estaba empleando era lavar el primer filtro que alcanzaba el nivel máximomarcado en la caja de los filtros. Esta forma de operación estaba produciendocarreras o intervalos de operación de 9 a 268 horas.

6.6.5 Eficiencia del sistema de lavado

Para evaluar el comportamiento de los filtros en las condiciones de diseño,se procedió a instalar nuevamente la tasa declinante en los ocho filtros. Se lavarontodas las unidades, una a continuación de la otra, y luego se desfasaron, lavandouna cada tres horas. En esta etapa se determinó que la expansión del lecho filtrantedurante el retrolavado con agua sola era de 18%.

Como durante la evaluación laplanta estaba operando con un caudalde 756 L/s y considerando que cadabatería recibía la mitad del caudal, la ve-locidad de lavado era:

VL = [(0,756/2)* (60)]/ [(32,5)*4] =0,697 m/min

Y de 0,73 m/min con un caudalde lavado de 378 L/s. Esta velocidad essuficiente para alcanzar una buena ex-pansión (25% a 30%), con un material

Figura 3-103. Galería de operación delos filtros (1)


bastante fino como el que tienen los filtros, lo que hace suponer que lo que estáfaltando es mayor carga hidráulica disponible para el retrolavado; es decir que laspérdidas de carga que se están produciendo durante el retrolavado —como con-secuencia de que los filtros están operando con una arena muy fina— son mayo-res que la carga disponible para compensarlas.

6.6.6 Relación tasa máxima/tasa promedio al inicio de la carrera del filtrorecién lavado

Se aplicaron trazadores en la entrada a los filtros y se muestreó simultánea-mente en los registros de los canales de aislamiento de cada unidad, para determi-nar los caudales de operación individuales. Los resultados obtenidos se indican enel cuadro 3-28.

Los resultados del cuadro 3-28 indican que los primeros cuatro filtros estántratando 67% del caudal y los otros cuatro, apenas 33%. Esta situación solo puededeberse a la forma en que los filtros están siendo operados, ya que la distribucióndel caudal se da de tal forma que cada filtro toma lo que puede, de acuerdo con elestado de colmatación o granulometría del medio filtrante. De acuerdo con esteprincipio, los filtros que estaban con las carreras más largas (hasta de 268 horas)tenían que estar admitiendo un caudal muy pequeño, comparativamente con losque estaban con 9 horas.

Cuadro 3-28. Caudales y velocidades de filtración de las unidades de la batería (1)

F-1 19,67 167,16 29,173 495,07F-2 14,67 124,72 29,366 366,96F-3 12,48 106,08 29,946 306,05F-4 20,06 170,55 29,077 506,76F-5 9,95 84,58 29,125 250,92F-6 7,88 67,00 29,801 194,26F-7 8,06 68,53 29,366 201,62F-8 7,22 61,38 29,125 182,09

Total = 850,00

Filtros % de trazadorque pasó

Q (L/s) Área (m2) Tasa de filtraciónm3/m2/día


El filtro 7 se acababa de lavar cuando se efectuó la prueba. Como se puedeapreciar, la mayor tasa de operación la presenta el filtro 4 y no el filtro 7, que fueel recién lavado, y la relación es de:

T. máx. / T. prom.= 507/279 = 1,8 veces la tasa promedio

La distribución de los caudales y de las tasas de filtración sugiere que losocho filtros se comportan como dos baterías independientes de cuatro filtros cadauna, aunque estén todos interconectados a través de un orificio en el canal desalida.

6.6.7 Profundidad y expansión del medio filtrante

Estas pruebas se efectuaron operando los filtros con una tasa promedio defiltración de 201 m3/m2.d y una velocidad de lavado de 0,84 m/min. Los resultadosse indican en el cuadro 3-29.

Al empezar el lavado, se determinó que un filtro tenía tres horas de carrera,mientras que había otro con 57 horas de carrera.

Durante el lavado con aire y agua, se pudo apreciar que el material seexpande en forma brusca y exagerada y que se midieron expansiones de 80% a100%. El lavado se estaba efectuando con los dos compresores operando simultá-neamente.

Cuadro 3-29. Resultados de la evaluación del sistema de lavado (1)

Espesor de arena (m) 0,85 0,83 0,75 0,69 0,74 0,51% de expansión 18 – 20 18 – 20 20 – 26 43 – 22 20 – 40 39 – 69

La expansión del medio filtrante no es uniforme entre los filtros, ni dentrodel filtro mismo, lo que indica que la distribución del agua de lavado no es pareja.En los filtros 4 y 6 se midieron expansiones de 43% y 69%. Estas expansionesestán ocasionando la pérdida del medio filtrante. Estos son los filtros que tienenmenor profundidad de lecho filtrante. En los filtros 1 y 2, en cambio, se identifica-ron expansiones muy bajas de 18% a 20%. La altura del lecho es correcta, perono se lava bien.

Características Filtros1 2 3 4 5 6


Se puede apreciar pérdida dematerial filtrante en el canal de eva-cuación del agua de lavado.


Los filtros no están produ-ciendo los resultados previstos, de-bido a las siguientes razones:

La arena es muy fina y lascargas hidráulicas requeridaspara el lavado y el filtradosuperan las proyectadas.

Los filtros están siendo operados como una sola batería y en realidad sondos.

La arena se está perdiendo porque la aplicación del aire comprimido esexagerada. El lavado con aire debe efectuarse con un solo compresor; laotra unidad fue prevista como alterna.

El caudal de operación de la planta varía constantemente. El caudal delavado de los filtros es el caudal de operación y estas variaciones afectan laeficiencia del proceso. En ocasiones el caudal es muy bajo y el agua nologra acarrear el sedimento desprendido. La presencia de bolas de lodo esuna prueba de ello.

7. EVALUACIÓN DE LAS INSTALACIONES DE CLORACIÓN

Por lo general, la cloración es el proceso final utilizado para asegurar quelas metas de calidad microbiológica del agua se alcancen, bajo el supuesto de quetodos los procesos anteriores estén cumpliendo con sus objetivos; es decir que nopodemos esperar que si los procesos de coagulación, decantación y filtración noestán siendo eficientes, la cloración por sí sola remedie el problema produciendobuenos resultados.

Figura 3-104. Se aprecia pérdida dematerial filtrante


La cloración solo debe servir para asegurar que la calidad del agua produ-cida por la planta no desmejore al ser transportada a las viviendas de los usuarios.La remoción de la contaminación presente en la fuente debe ser mayormenteefectuada por la decantación y completada en los filtros.

Los factores que modifican la eficiencia remocional de la cloración se rela-cionan con:

Las características del agua. Las características del sistema de cloración.

Las características del agua que más influyen en la eficiencia del procesoson las siguientes:

a. La temperatura y el pH.b. La concentración de la turbiedad, el color, la materia orgánica, el nitrógeno

amoniacal, Fe, Mn, SO2, H2S, etc.c. Tipo y concentración de microorganismos.

Las características del sistema que más influyen en la eficiencia de lacloración son:

a. El tiempo real de contacto.b. La dosis de cloro aplicada.c. Las características del sistema de aplicación.d. Las características del compuesto de cloro utilizado.e. Las características de la caseta de cloración.

A continuación se indican algunos de los ensayos que se deben llevar acabo para evaluar las características de estas instalaciones.

7.1 Tiempo real de contacto

Propósito

Determinar el tiempo real que el cloro permanece en contacto con la masade agua, antes de que esta empiece a distribuirse.


Materiales

Los necesarios para determinar el cloro residual de acuerdo con los méto-dos estándar de la AWWA para análisis de agua.

Procedimiento

Definir las estructuras que son atravesadas por el agua clorada antes de laprimera conexión domiciliaria.

En los tramos en que el agua atraviesa tuberías se produce flujo de pistónpuro, por lo que el tiempo teórico de retención (To) y el tiempo de retenciónreal (Tr), son similares.

D = Diámetro de la tubería (m) L = Longitud de tubería (m) Q = Caudal (m3/min)

El tiempo de retención real en la cámara de contacto y en el reservorio sepuede determinar de la siguiente manera:

1) Tomar una muestra de agua clorada a la salida de la estructura y determi-nar el cloro residual presente.

2) Incrementar súbitamente la dosis de cloro en 30%, y a partir de este mo-mento, establecido como punto de partida para el ensayo, seguir tomandomuestras cada minuto hasta que el incremento en la dosis se perciba en elcloro residual de las muestras extraídas.

3) Tomar el tiempo correspondiente a la muestra en que se presentó el incre-mento de cloro residual.

4) El intervalo de tiempo transcurrido entre el incremento de la dosis que esta-ba aplicando el clorador y la presentación del incremento de cloro residual

Q4 L D= Tr = T

2

o


a la salida de la estructura estará indicando el tiempo de retención real (Tr)entre el punto de aplicación del cloro y el lugar en el que se tomaron lasmuestras.

Aplicación

Se determinó eltiempo de retención realpara el contacto con el clo-ro en el reservorio de unaplanta. Se incrementó ladosis de cloro a la entradade esta estructura, se tomóuna muestra cada minuto yse determinó el cloro resi-dual a la salida, medianteel método DPD. La curvade la figura 3-105 reprodu-ce los resultados obtenidos.Se puede apreciar que eltiempo real de contacto esde 36 minutos.

7.2 Dosis óptima de cloro

Es la dosis que produce el residual de cloro estipulado por las normas en elpunto más alejado de la red de distribución.

Objetivo

Determinar la dosis de cloro que satisface la demanda de todo el sistemaproduciendo el residual apropiado en el punto más alejado.

Procedimiento

Determinar el tiempo de retención entre el punto de aplicación y el puntomás alejado de la red de distribución (Tf).

Figura 3-105. Tiempo de contacto en elreservorio de la planta (1)

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

0 10 20 30 40 50

Tiempo de contacto en el reservorio de la planta

Tiempo (min)

Clo

ro re

sidu

al li

bre

(mg/

l)


Graduar el cloradoren la apertura corres-pondiente a la dosiscalculada a nivel delaboratorio (curva dedemanda de cloro alpunto de quiebre), verfigura 3-106.

Transcurrido el tiem-po de retención medi-do (T f), tomar tresmuestras en el puntode aplicación y en elpunto más alejado dela red, determinar elcloro residual y el re-sidual promedio de lastres muestras.

Repetir el ensayo incrementando gradualmente la dosis, hasta encontrar enel punto más alejado de la red el contenido de cloro residual estipulado porlas normas.

Comentarios

La diferencia de cloro residual medido entre el punto de aplicación y elpunto más alejado refleja la demanda de cloro del agua, más la demanda enla red de distribución.

La demanda de cloro del agua varía con la calidad de esta. La demanda decloro en la red de distribución suele ser constante en sistemas en los cualesse viene clorando por mucho tiempo. Cuando la cloración se implanta porprimera vez, la demanda es muy alta, va disminuyendo a medida que pasael tiempo y se satisface la demanda en la red, hasta volverse prácticamenteconstante.

Residual combinado Residual libre

Punto de quiebre

Dosificación de cloro (mg/L)A

B

C

0

4

2

6

8

42 6 8

Figura 3-106. Demanda de cloro al puntode quiebre (2)


Debe distribuirse de manera uniforme en toda la masa de agua mediante undifusor (figura 3-107).

Figura 3-107. Difusores de cloro en tuberías y canales (1)

Si en un sistema de distribución se ha venido clorando durante mucho tiem-po y la demanda de cloro en la red se incrementa súbitamente, se estaríaponiendo de manifiesto la aparición de un nuevo foco de contaminación.

7.3 Características del sistema de aplicación

Para que el cloro se aplique en forma correcta, el sistema debe reunir lassiguientes condiciones:

Debe aplicarse en forma sumergida.

Conducto de solución de cloro

Soportedel

difusor

Soporte deldifusor

Campana desucción

En canal abierto

Difusor de orificios

Nivel mínimo de agua

Difusor deorificios

Conducto desolución de cloro

Con campana de succión

1,0

Aprox. 6’’


El difusor debe localizarse en un punto en que el agua esté generando tur-bulencia para que el cloro entre rápidamente en contacto con toda la masade agua.

Objetivo

Determinar si el cloro está siendo aplicado en forma correcta.

Procedimiento

Verificar si el cloro se está aplicando mediante un difusor.

Comprobar si el difusor se encuentra totalmente sumergido.

Comprobar si existe turbulencia en el punto de aplicación del cloro.

Comentarios

La figura 3-108 está ilustran-do una forma correcta de aplica-ción. Se está aplicando en la tur-bulencia que produce el vertederode entrada a la cámara de clora-ción y el difusor se encuentra su-mergido con una altura mínima deagua de 1,50 metros, que es man-tenida por la ubicación del vertede-ro de salida de la cámara.

Normalmente, cuando laforma de aplicación es incorrecta,al destapar la cámara de cloración,el gas se percibe fuertemente en el ambiente porque no se está mezclando en elagua.

La figura 3-109 está ilustrando una situación así. La solución se está dejan-do caer a la cámara a través de un ingreso ubicado al inicio de la cámara y el gasdel cloro está inpregnando el ambiente que rodea el ingreso a ella.

Figura 3-108. Forma de aplicacióncorrecta (1)


7.4 Características de las instalaciones de cloración

Al evaluar las instalaciones o ambientes en los que se está efectuando laoperación de este proceso, deben tenerse en cuenta los siguientes criterios gene-rales:

a) Instalaciones en las que el consumo de cloro es mayor de 50 kg/d debieranemplear cilindros de cloro de una tonelada.

b) En instalaciones con consumo de hasta 50 kg/d, los equipos de cloración yel almacén de los cilindros de cloro pueden compartir la misma área. Eninstalaciones de mayor capacidad, deben ubicarse en áreas separadas.

Tanto la sala o caseta de cloración como el almacén deben reunir una seriede características cuya finalidad es facilitar la operación del sistema en formasegura y evitar riesgos para el personal que lo opera.

Figura 3-109. Aplicación incorrectade cloro (1)

Existen dos tipos de instalaciones: las salas herméticas con sistema artifi-cial de ventilación y extracción del aire, en las que la manipulación se efectúasiguiendo rígidas medidas de seguridad —esto es, con vestimenta apropiada, más-caras y balón de oxígeno— (figuras 3-111 y 3-112). Estos sistemas son utilizadosen plantas muy grandes y son usuales en Estados Unidos y Europa.

La sala de cloración de la figura 3-112 ha sido proyectada con ventilaciónforzada, pero se puede apreciar un solo punto de ventilación (debajo de la venta-na) y muy alto. El cloro quedaría depositado a nivel del suelo y esta ventilación porencima.

Figura 3-110. Sala de cloración conventilación forzada (1)


El almacén de cilindros de cloro que corresponde a la sala de la figura 3-112también tiene ventilación forzada, la que se puede apreciar en la vista de la figura3-113.

Del mismo modo que en la sala de cloración, hay un solo punto de ventila-ción, debajo de la ventana y por encima de los cilindros.

Se debe tener en cuentaque para que una fuga evacuerápidamente, toda la parte bajade los muros, a la altura del piso,debe estar cubierta de puntos deventilación.

Cuando se emplea venti-lación forzada, esta debe cubrirtodo el contorno, como se mues-tra en la figura 3-110.

En América Latina sonusuales las salas de cloración totalmente abiertas y con ventilación natural, dondese espera que las fugas se dispersen con rapidez en el ambiente circundante, porlo que generalmente se ubican bastante alejadas del resto de la planta, de talmanera que si se presentara una emergencia, el efecto corrosivo del cloro nocause daños a equipos e instalaciones.

7.4.1 Criterios para evaluar lasala de cloración y elalmacén de cilindros decloro

Ventilación a la altura delpiso, natural o forzada. Lasala de la figura 3-115 noreúne estas condiciones. Encaso de una fuga, ello nocontribuirá en nada a desalo-jar el cloro acumulado a ni-vel del piso.

Figura 3-111. Sala de cloraciónhermética (1)

Figura 3-112. Sala de cloración conventilación forzada (1)


En la figura 3-116 se puede apreciar al fondo la sala de cloración.

El almacén de cloro debe ser exclusivamente para este fin. No debe depo-sitarse en este ambiente ningún otro tipo de materiales, porque se entorpe-cería la manipulación de los cilindros en caso de una emergencia (figuras3-116 y 3-117).

El almacén de la figura 3-117 está siendo utilizado para depositar los módu-los de fibra de vidrio de los decantadores. Se puede apreciar que estos seencuentran obstaculizando la circulación.

Figura 3-113. Almacén conventilación forzada (1)

Figura 3-114. Almacén con muypoca ventilación (1)

Figura 3-115. Sala de cloración sinventilación a la altura del piso (1)

Figura 3-116. Almacén de cilindrosde cloro (1)


Debe haber un equipo decloración y una bomba deagua alterna. La sala decloración de la figura3-118 no tiene equipo decloración alterno. En es-tas condiciones, esta uni-dad está operando en pe-renne estado de emergen-cia y en cualquier momen-to puede presentar un des-perfecto y la cloración sesuspendería.

Las bombas deben estar en otro ambiente para que no se deterioren porefecto de las fugas.

Verificar la existencia yestado de alarmas para in-dicar la presencia de fu-gas en el sistema (figura3-119).

La mayoría de las salas decloración en América Latina sonabiertas; esto es, ventiladas enforma natural. Para que la ope-ración sea segura, deberá com-probarse la existencia de las si-guientes facilidades:

Ventilación apropiada. La ventilación debe ubicarse en la parte inferior delos muros (el gas cloro es más pesado que el aire y tiende a depositarse anivel del piso) y las puertas o muros preferentemente deben ser de malla ode ladrillo hueco.

La figura 3-120 muestra una sala de cloración abierta. El ingreso tiene laaltura de la plataforma del camión para facilitar el traslado.

Figura 3-118. No hay equipo de cloraciónalterno (1)

Figura 3-117. Almacén de cilindrosde cloro (1)


La figura 3-121 muestrauna sala y un almacén ventiladosen forma natural correctamenteubicados, aislados del resto de laplanta. Se puede alcanzar a verel armario ubicado en la puertade la sala con el equipo de pro-tección.

Comprobar la existencia demáscaras de protección enbuen estado y correcta-mente ubicadas en un lu-gar exterior a la caseta de

cloración, conjuntamente con la bo-tellita de amoniaco para detectar fu-gas y el equipo para reparar fugas.Este equipo debe estar siempre fá-cilmente accesible por los operado-res.

Comprobar si los operadoreshan sido capacitados para usar elequipo de protección para fugas co-rrectamente (figura 3-122).

Verificar las facilidades conque se cuenta para el trasla-do de cilindros dependiendode la capacidad (150 ó 2.000lb). Para cilindros de 2.000 li-bras, debe contarse con unagrúa (figura 2-123).

Existencia y estado de la ba-lanza para controlar el pesodel cilindro en uso.

Figura 3-119. Sistemas de alarmas (1)

Figura 3-120. Almacén abiertocon ventilación natural (1)

Figura 3-121. Caseta de cloración yalmacén de cloro (1)


El sistema de la figura 3-124 carece de balanza, de ventilación apropiada yde grúa para trasladar los cilindros de 2.000 libras del camión a la sala de cloración.

Cuando no hay grúa para trasladar los cilindros, el personal debe ingeniarformas de hacerlo y los riesgos que surgen son muy grandes (figura 3-125).

Comprobar si la capacidad del almacén es adecuada, así como el númerode cilindros llenos y vacíos que se mantienen almacenados y la forma enque se aseguran para evitar caídas en caso de sismos.

Comprobar si hay un sistema alternativo de emergencia que opere por gra-vedad para cuando falta la energía eléctrica.

Los sistemas pequeños son porlo general los más defectuosos. El sis-tema de la figura 3-127 no tiene ba-lanza, ventilación apropiada ni siste-ma de sujeción para los cilindros. Du-rante un sismo o explosión fuerte, loscilindros pueden caerse. El de mayorriesgo es el cilindro en uso, pues alcaer, puede arrancarse la mangueray ocasionar una fuga.

Figura 3-122. Sistema de protecciónubicado en la puerta de la sala

Figura 3-123. Cilindros en usosobre una balanza (1)

Figura 3-124. Sistema incompleto,operación riesgosa (1)


El sistema de la figura 3-128tiene buena ventilación, pero solo hayun clorador.

El sistema de la figura 3-129tiene balanza, pero un solo clorador yla ventilación en la parte alta.

La figura 3-130 muestra un sis-tema de cloración improvisado en uncorredor exterior de la planta. No haycaseta, no hay equipo alterno, no haybalanza ni equipo de seguridad.

La sala de cloración de la figura 3-131 tiene equipo alterno, balanza, siste-ma de sujeción para el cilindro en operación. El cilindro alterno no tiene sujeción yno hay ventilación a nivel del piso.

El sistema de la figura 3-132 no tiene balanza, no hay sistema de sujeciónpara los cilindros en operación, no hay ventilación en la parte baja ni equipo deprotección para el operador. Se puede apreciar un buen sistema de sujeción paralos cilindros almacenados.

Los cilindros de 75 kg se almacenan en forma vertical (parados) y debenestar bien sujetos, para evitar que cualquier vibración fuerte ocasione caídas ypueda producirse fuga de cloro.

Figura 3-125. Operación de descargade alto riesgo (1)

Figura 3-126. Sistema de cloraciónalterno que opera por gravedad (1)

Figura 3-127. Sala de cloración yalmacén de planta pequeña (1)


Comprobar que el cilindro de cloro que está en uso no se encuentreescarchado o congelado por fuera.

El cilindro de la figura 3-134 se encontraba congelado (muy frío al tacto ychorreando agua). Esto ocurre cuando se está extrayendo más de lo que la capa-cidad máxima del cilindro permite.

El cuadro 3-30 indica las dosis que se pueden extraer a un cilindro depen-diendo de su capacidad.

Figura 3-128. Sala de cloracióncon un solo equipo (1)

Figura 3-129. Sala de cloracióncon ventilación defectuosa

Figura 3-130. Sistema improvisado (1) Figura 3-131. No tiene ventilaciónadecuada (1)


En estos casos deben colocarsemás cilindros en operación unidos me-diante una tubería matriz o manifold.

Comprobar si existen carretillaspara trasladar en forma seguralos cilindros de cloro.

Figura 3-132. Sala de cloraciónincompleta (1)

Figura 3-133. Almacén de cilindrosde 75 kg (1)

Figura 3-134. Extracción de cloroal máximo permisible

Figura 3-135. Sistema de conexión decilindros de cloro (2)

Báscula

Válvula auxiliar

Válvuladel cilindro

Matriz Válvula reductorade presión

Tuberíaflexible Clorador

Cilindro de cloro


Cuadro 3-30. Características de los cilindros de cloro (4)

kg lb kg lb kg Lb kg lb50 100 33 73 83 173 11,7 2675 150 40–59 90–130 115–134 240–280 18,2 40

2.000 1.000 680 1.500 1.680 3.500 400 182

El cuadro 3-31 permite calcular el número de cilindros que deben estaralmacenados, para comprobar si el almacén tiene la capacidad necesaria.

Cuadro 3-31. Número de cilindros necesarios, según la capacidad requerida (4)

0 –18 1 2 3 54 – 180 1 1 218 – 36 2 4 6 180 – 360 2 2 436 – 54 3 6 9 360 – 540 3 3 654 – 72 4 8 12 540 – 720 4 4 872 – 90 5 10 15 720 – 900 5 5 1090 – 100 6 12 18 900 – 1.000 6 6 12

> 1.000 Usar evaporador

Figura 3-136. Carretillas para los cilindrosde cloro (2)

CapacidadrequeridaDGS/día

Cilindro de 75 kg Cilindros de 1.000 kg

Enservicio Vacíos

Reservamínima

Capacidadrequerida(kg/día)

Enservicio Vacíos

Reservamínima

Peso delcontenido

Peso delcilindro

Peso total delcilindro lleno

Máximo flujo de cloroque se puede extraer

de un cilindro


7.5 Grado de contaminación ocasionada por el proceso

Es conocido que la aplicaciónde cloro en aguas con color y/o congran cantidad de materia orgánicapuede generar contaminación adi-cional al ocasionar la formación detrihalometanos. En aguas que pre-senten este tipo de contenido, so-bre todo si se está efectuandoprecloración, o no se está tratandoel agua en forma eficiente, puedeesperarse que se esté dando estetipo de contaminación. En estos ca-sos se debe determinar el grado decontaminación que está ocasionan-do la operación de este proceso y corregir el punto de aplicación. La precloracióndebe trasladarse después de la decantación, cuando la mayor parte del color ymateria orgánica en general ha sido removida.

7.6 Estudio de caso

Con frecuencia se encuentran casos en que las instalaciones de pre- yposcloración en plantas relativamente grandes han sido improvisadas. El sistemaque evaluamos a continuación corresponde a esta situación.

7.6.1 Descripción del sistema

Los cilindros de 2.000 libras se descargan tirándolos del camión proveedorsobre llantas y se ruedan hasta el punto de aplicación en el canal de entrada. Laaplicación se efectúa a 40 centímetros del nivel del agua, en una zona sin turbulen-cia y en forma puntual. El gas cloro no se está mezclando totalmente con la masade agua, gran parte de él se libera en la atmósfera y se percibe un fuerte olor acloro en toda la planta.

La balanza se encuentra malograda y los dosificadores también (figura3-138). Se está efectuando una aplicación directamente del cilindro. La caseta deposcloración no tiene plataforma ni grúa-puente para el ingreso de los cilindros;estos ingresan rodando.

Figura 3-137. Caseta de precloraciónimprovisada (1)


El área del techo que protegeal cilindro en operación es insuficiente.Al mediodía el sol incide directamentesobre el cilindro. No hay almacén paracilindros llenos y vacíos; estos se alma-cenan a la intemperie. No se cuenta conherramientas para reparar fugas y lasmáscaras de protección no tienen fil-tros.

7.6.2 Tiempo de contacto

El tiempo de contacto se deter-minó utilizando como trazador el cloro. Se incrementó bruscamente la dosis, de-terminando simultáneamente cloro residual a la salida de la cisterna de aguasclaras. El tiempo real de retención obtenido es de 11 minutos, y el tiempo deretención teórico es de 37 minutos. Adicionalmente, el tiempo de retención en latubería de impulsión al reservorio de la ciudad es de 5,4 minutos. El reservorio de

la ciudad opera como cámara decarga, y el periodo de retención reales nulo. Por consiguiente, el tiempototal de retención real disponible esde 16,4 minutos.

7.6.3 Dosis aplicadas

Se estudió el consumo decloro en el periodo de mayo a no-viembre de 1994 y se obtuvo unadosis promedio de 1,43 mg/L en laprecloración y de 1,17 mg/L en laposcloración. En el periodo de fe-

brero a abril de 1995, las dosis promedio fueron de 2,54 mg/L en la precloración y1,4 mg/L en la poscloración (ver el cuadro 3-32).

Figura 3-138. Dosificadoresmalogrados (1)

Figura 3-139. Caseta de poscloraciónimprovisada (1)


Cuadro 3-32. Dosis de cloro aplicadas en las etapas de pre- y poscloración (1)

94 May. 1.858 1.679 1.239.319 1,5 1,3594 Jun. 1.579 1.346 1.132.260 1,39 1,1894 Jul. 1.295 1.224 971.788 1,33 1,2594 Ago. 1.525 1.307 1.063.836 1,43 1,2394 Set. 1.575 1.180 1.064.454 1,48 1,1194 Oct. 2.126 1.126 1.250.332 1,7 0,994 Nov. 1.480 1.461 1.217.005 1,22 1,294 Dic.94 Ene.95 Feb. 3.538 1.530 1.176.624 3 1,395 Mar. 2.831 1.771 1.162.600 2,44 1,5295 Abr. 2.413 1.541 1.093.704 2,19 1,4

En el cuadro anterior se observa que entre los meses de mayo y noviem-bre las dosis aplicadas en la pre- y poscloración variaron en promedio entre 1,43mg/L y 4,17 mg/L respectivamente; asimismo, entre los meses de febrero y abrilfueron de 2,54 mg/L y 1,40 mg/L.

7.6.4 Eficiencia de la cloración

De acuerdo con la información de los archivos de la planta, el efluentesale con una concentración de cloro residual variable entre 1,2 y 1,7 mg/L. Paracomprobar los niveles de cloro residual, en el sistema de distribución se ubicaronseis puntos de muestreo, el primero de los cuales fue la cisterna de agua tratadade la planta.

El cuadro 3-33 indica los resultados del muestreo.

Año MesPeso de cloro Volumen del

agua tratada(m3)

Dosis promedio del mes(ppm)

Precloración(kg)

PrecloraciónPoscloración(kg)

Poscloración


Cuadro 3-33. Resultados de las muestras de cloro residual en elsistema de distribución (1)

2 9:30 0,30 2 9:00 1,6* 5 9:45 1,00 * 4 9:15 1,1* 6 10:00 1,00 * 5 9:35 0,13 10:37 0,10 * 6 10:10 1,1 3 10:50 < 0,10 3 10:23 1,5 2 11:00 < 0,10 2 10:27 1,6

Se comprobó la existencia de conexiones cruzadas.


Como los cloradores están malogrados y se está aplicando directamentedel cilindro, las dosis varían en función de la presión que el cilindro tiene en esemomento.

Los resultados del muestreo del primer día indican el efecto en la dosifica-ción cuando el cilindro de cloro está casi vacío (0,3 mg/L en el punto 2). En estasituación, la dosis en los puntos más alejados era < 0,1 mg/L. El segundo día demuestreo el cloro residual a la salida de la planta era de 1,6 mg/L, y en los puntosmás alejados, 1,1 mg/L (cilindro lleno).

Puntos demuestreo

Primer muestreo Puntos demuestreo

Segundo muestreo

Hora HoraCloro residual(mg/L)

Cloro residual(mg/L)


REFERENCIAS

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Richter, C.A. Avaliação dos processos de filtração. Curitiba, SANEPAR, 1981.

Richter, C. y Canepa de Vargas, L. Manual V. Criterios de Diseño. Tomo II.Criterios de Diseño para floculadores y decantadores. Lima, Progra-ma HPE/OPS/CEPIS de Mejoramiento de la Calidad del Agua para Con-sumo Humano, 1992.

Richter, C. A.; Arboleda Valencia, J. “Filtração ascendente e descendente; aspectosoperacionais e de projeto”. Simposio “Estágio Atual de Tratamento de Águano Brasil”. Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitaria. Belo Horizonte,1977.


ANEXO A

ESTUDIO DE CASO

FICHA TÉCNICA DE EVALUACIÓN FINALDE UNA PLANTA DE FILTRACIÓN RÁPIDA


FICHA TÉCNICA DE EVALUACIÓN FINAL DE UNA PLANTADE FILTRACIÓN RÁPIDA

UBICACIÓN

1. País: …

2. Nombre de la planta: …

3. Localidades abastecidas: capitaldel departamento

4. Localización:a) Departamento: …b) Provincia: …c) Distrito: …d) Distancia de la capital del departamento: 24 kme) Altura: 882 m. s. n. m.

5. Institución propietaria o administradora: …

FUENTE DE ABASTECIMIENTO

6. Fuente de abastecimiento

a) Quebradas de los ríos 1 y 2.b) Conducción de agua cruda: por

gravedad del Río 2 y por bombeo delRío 1.

El 80% del tiempo la planta recibelas aguas mezcladas de las dos fuentes;el resto del tiempo solo se abastece apartir de la quebrada del Río 2.

Figura A-1. Casa de químicade la planta

Figura A-2. Vista panorámica dela planta de agua

Figura A-3. Calidad de las fuentesde abastecimiento

Calidad de las fuentes de abastecimiento

0

10

20

30

40

50

60

70

E F M A M J J A S O N DMeses

Río 1 Río 2

Turb

ieda

d (U

NT)


CALIDAD DE LA FUENTE

a) Turbiedad

El gráfico de la figura A-3 permiteapreciar que las aguas de la quebrada delRío 2 son de mejor calidad que las del Río 1.

Durante el año 2003 la turbiedad delas aguas del Río 1 variaron entre 7,4 y 61,0UNT, mientras que durante el mismointervalo, las aguas de la quebrada del Río 2variaron entre 2,5 y 13,0 UNT.

El gráfico de la figura A-4 permiteapreciar que el 95% del tiempo la turbiedaddel agua cruda en el Río 1 fue menor de600 UNT.

b) Color

Las fuentes tienen problemas decolor muy similares a las del Río 2, perono se dispone de información, ya que nose controla por falta de instrumental.

c) NMP de coliformes

Los histogramas de las figuras A-5y A-6 muestran que el Río 1 esta máscontaminado que la quebrada del Río 2.

En las aguas del Río 1 el NMP decoliformes fecales varía entre 4,6 (10) y3,7 (10)3.

En las aguas de la quebrada del Río2 el NMP de coliformes fecales varía entre0 y 5,75 (10)2.

Figura A-4. Frecuencia acumuladade la turbiedad del Río 1

Figura A-5. NMP de coliformesen el Río 1

Figura A-6. NMP de coliformesen el Río 2

94%

95%

96%

97%

98%

99%

100%

Frecuencia acumulada de la turbiedaddel Río 1

0 200 400 600 800 1000Turbiedad, UNT2003

Por

cent

aje

%

0500

10001500

20002500

30003500

40004500


Meses

Col

iform

es/1

00 m

L

CF

CT

NMP de coliformes en el Río 1

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

E F M A M J J A S O DMeses

CF

CT

NMP de coliformes en el Río 2

Col

iform

es/1

00 m

L

N


CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA

7. Caudal de la planta

a) Caudal de diseño: 66 L/sb) Caudal de operación: 60 L/s

8. Tipo de planta

Filtración rápida completa

a) La planta es mixta: de tecnología apropiadacon decantadores convencionales.

b) Año en que se diseñó: 1987.

9. Descripción de la planta

9.1 Medidor de caudal. Macromedidor

9.2 Mezcla rápida

a) Tipo: hidráulico, vertedero rectangular.b) Punto de aplicación: puntual en el resalto hidráulico.

9.3 Floculadores

Tipo: hidráulico de pantallas de flujo horizontal

Figura A-7. Unidad demezcla rápida

Figura A-8. Floculador hidráulicode flujo horizontal

Figura A-9. Decantadoresconvencionales


a) Número de unidades: 1b) Número de tramos: 3c) Ancho de la unidad: 5,17 md) Profundidad útil: 0,80 me) Largo de cada tramo:

Tramo 1 = 5,08 m;Tramo 2 = 5,20 m;Tramo 3 = 5,02 m

f) Tiempo de retención del proyecto: 16 ming) Tiempo de retención de operación: 17,5 min

9.4 Decantadores

a) Tipo: convencionalb) Número de unidades: 2c) Área de cada unidad: 78 m2 por unidadd) Tasa superficial de proyecto: 32 m3/m2.de) Tasa superficial de operación: 29 m3/m2.df) Tasa óptima: 25 m3/m2.d (para obtener 2,0 UNT en el efluente)g) Longitud de recolección: 18,9 mh) Tasa de recolección: 1,70 L/s.m

9.5 Filtros

a) Tipo de filtro: es una batería de 4 filtros de tasa declinanteb) Tipo de lecho filtrante: doblec) Área de cada filtro: 5,55 a 5,57 m2

d) Tasa de filtración promedio de diseño: 247,50 m3/m2.de) Tasa de filtración promedio de

operación: 232,70 m3/m2.d

9.6 Dosificación

Sulfato de aluminio

a) Volumen del tanque de solución:2.575 m3

b) Número de tanques: 1Figura A-10. Dosificador de cal


c) Tipo de dosificador: en solución porgravedad (en mal estado)

d) Número de dosificadores: 1

Modificador de pH: cal

a) Volumen del tanque de solución: 2.643m3

b) Número de tanques: 1c) Tipo de dosificador: por gravedadd) Número de dosificadores para la cal: 1

Cloración

a) Tipo de dosificador: de inyección al vacíob) Número: 1

10. Análisis de la información

10.1 Capacidad potencial de producción de la planta

El gráfico de la figura A-12permite apreciar que las capacidadesde las diferentes unidades de la plantano son uniformes y, por tanto, nopueden tratar conjuntamente el caudalde proyecto.

El floculador tiene un volumenútil de 63 m3 y, considerando untiempo de retención de 15 minutos(mínimo adecuado para aguastropicales), cuenta con capacidad paratratar 70 L/s.

Los decantadores tienen una superficie de decantación total de 156 m2 y,tomando en cuenta la tasa óptima de 25 m3/m2.d determinada en el laboratorio,estas unidades podrían tratar como máximo 45 L/s.

Figura A-11. Caseta de cloración

Figura A-12. Gráfico de potencial deproducción

0 50 100

Filt.

Dec.

Floc.

Caudal L/SQ pico = 66 L/s

Gráfico de potencial de producción

Pro

ceso

s un

itario

s


El área total de filtros es de 23 m2. Como tienen lecho doble de antracita yarena, estamos considerando una tasa de 240 m3/m2.d y en estas condicionespueden tratar un caudal de 64 L/s. Si el lecho fuera de arena sola, podrían tratarcomo máximo 45 L/s y estarían en concordancia con la capacidad de losdecantadores.

10.2 Evaluación de la producción

a) Turbiedad

El histograma de la figura A-13muestra la eficiencia de remoción deturbiedad de la planta y se puede apreciarque a pesar de que el agua de las fuenteses relativamente clara (en promedio, nosobrepasó de 61 UNT durante el 2003),el agua decantada varió entre 2,1 y 4,4UNT y el agua filtrada entre 3,0 y 5,2UNT.

El 95% del tiempo la turbiedad delagua decantada fue menor de 4,70 UNT(ver figura A-14).

El agua filtrada presentó el 95% del tiempo menos de 4,7 UNT (ver figuraA-15). La información analizada está indicando que la eficiencia de los filtros esnula.

Figura A-14. Frecuencia acumuladade turbiedad del agua decantada

Figura A-15. Frecuencia acumuladade turbiedad del agua filtrada

Figura A-13. Eficiencia de remociónpromedio de turbiedad

Remoción promedio de turbiedad

0

10

20

30

40

50


MesesRío 2 Río 1 AD AF

Turb

ieda

d (U

NT)

0

20

40

60

80

100

120

05 10 15

Turbiedad (UNT)

% F

recu

enci

a ac

umul

ada

Frecuencia acumulada de turbiedaddel agua decantada

95% < 4,7 UNT

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 2 4 6 8 10

Turbiedad (UNT)95% < 4,7 UNT

Por

cent

aje,

%

Frecuencia acumulada de la turbiedaddel agua filtrada


El agua filtrada presentó el95% del tiempo menos de 4,7 UNT(ver figura A-15). La informaciónanalizada está indicando que laeficiencia de los filtros es nula.

El gráfico de la figura A-16reproduce la variación diaria deturbiedad en las fuentes, en el aguadecantada y filtrada, durante elmes diciembre, mes en el que seregistraron las turbiedades pro-medio más altas en las fuentes.

También aquí se puede apreciar que la turbiedad del agua decantada esmenor que la filtrada; es decir que el agua se deteriora al pasar por los filtros.

Asimismo, se puede observar que hay días en que las aguas de la fuente delRío 2 son más claras que el agua decantada y también que el agua filtrada.

El gráfico de la figura A-17corresponde al mes de junio, unode los meses más secos, ynuevamente se puede apreciar elmismo comportamiento: el aguadecantada es más clara que lafiltrada y a partir del día 22 se puedeapreciar que la fuente del Río 2tiene menos turbiedad que el aguafiltrada y decantada.

El gráfico de la figura A-18permite apreciar que el pHpromedio en el agua tratada seencuentra siempre alrededor de 7,0 o algo más.

El gráfico de la figura A-19 está indicando que durante el año 2003 el NMPde coliformes fecales en el agua tratada varió ente 0 y 575/100 mL de muestra.

Figura A-16. Variación diaria deturbiedad en mes más lluvioso

Figura A-17. Variación diaria deturbiedad en mes más seco

Variación diaria de turbiedaden mes más lluvioso

0

2

4

6

8

10

12

14

0

Turb

ied a

d (U

NT)

10 20 30Días

Río 1 Río 2 AD AF

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30

Variación diaria de turbiedad en mes más seco

Turb

ieda

d (U

NT)

DíasRío 1 Río 2 AD AF


11. Resultados de la evaluación de la planta

Se obtuvieron los siguientes resultados:

11.1 Coagulación

La dosificación de sustanciasquímicas en la planta no se realiza enfunción de los parámetros óptimosque la calidad del agua cruda requiere.

No se efectúan ensayos de dosisóptima, los dosificadores no están encondiciones de asegurar una dosificaciónconstante, por lo que la dosificación en laplanta es variable. El primer día de laevaluación la turbiedad del agua cruda erade 177 UNT. El cuadro A-1 sintetiza losresultados de la evaluación de este proceso.

Figura A-18. Variación del pH enel agua tratada

Figura A-19. Variación de NMP decoliformes en el agua tratada

Figura A-20. Tanques de preparaciónde la solución

Figura A-21. Tanques dedosificación

0

2

4

6

8

E F M A M J J A S O N DMeses

Variación del pH en en agua tratada

Río 1 Río 2 Tratada

pH

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

E F M A M J J A S O N DCF

CT

Variación de NMP de coliformes en elagua tratada

Col

iform

es/1

00 m

L

Meses


Cuadro A-1 Evaluación de la dosificación (To = 177 UNT)

Dosis de s. de aluminio (mg/L) 25 70Concentración del s. de aluminio (%) 1,94 1 a 2Dosis de cal (mg/L) 9,11 15Concentración de la cal (%) 11,35 5

Las sustancias químicas se dosifican en solución. El punto de aplicación delcoagulante está en la zona de turbulencia, pero la aplicación se efectúa en formapuntual. La unidad de mezcla rápida es un vertedero rectangular.

11.2 Decantación

La planta tiene dos unidades convencionales de forma rectangular y deflujo horizontal. A simple vista se percibe que al decantador 1 ingresa mayor caudalque al decantador 2 y, por consiguiente, ambos operan con tasas diferentes. Estose corrobora por la diferente eficiencia encontrada en ellos (ver cuadro A-5).

11.3 Filtración

El sistema de filtración estácompuesto por una batería de cuatrofiltros de tasa declinante y de lavadomutuo con lecho doble. Los filtros noestán operando con tasa declinante yel lavado no se efectúa en formasecuencial.

Se tomaron las siguientes alturas:

Altura de borde libre: 1,23 m Carga hidráulica de filtración: 1.067 m Carga hidráulica de lavado: 1.149 m

La capa soporte de grava está desacomodada. Observando el cuadro A-3,se puede ver que los filtros que tienen menos arena son los que están presentandomayor turbiedad efluente.

Figura A-22. Estructura desalida de decantadores

Parámetros Planta Óptima


Cuadro A-2. Evaluación de los filtros

Altura promedio en el medio 0,415 0,22 0,195 0,12filtrante, mExpansión 30% - - -Turbiedad efluente 6,63 8,05 10,60 12,10Diámetro de las compuertas 10” 10” 10” 10”de entrada y salida

Durante la operación de lavado,el agua demora alrededor de 20 minutospara alcanzar la canaleta de agua delavado.

Esta demora se debe a que laevacuación del agua de lavado del filtrodesde el primer buzón de la planta hastael punto de disposición final se realizapor medio de una línea de 8” dediámetro, que es insuficiente para laevacuación del agua de lavado (se haobservado que el agua se represa en elbuzón) (figura A-23).

Después de ese tiempo, gran parte del material desprendido por el agua delavado ha sedimentado en la superficie del lecho filtrante. Esto justifica la presencia

de bolas de lodo (figura A-24).

En el filtro 4 se detectó unaabertura entre el extremo de la viguetay la pared, y se encontró arena yantracita en el falso fondo (figuraA-25).

Observando el cuadro A-3, sepuede ver que los filtros que tienenmenos arena son los que estánpresentando mayor turbiedad efluente.

Figura A-23. El agua se represadurante el lavado

Figura A-24. Bolas de lodo enla superficie del lecho filtrante

Características Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4


Figura A-25. La arena está en el falsofondo del filtro

En los cuadros A-3 y A-4 sepuede apreciar que las carreras defiltración no son uniformes. Se observaque el filtro 1 ha tenido mayoroportunidad de lavado que el filtro 4.Estos datos corroboran el hecho de quelos filtros no se lavan en formaconsecutiva.

Cuadro A-3. Carreras de filtración de abril de 2004, en horas

Cuadro A-4. Carreras de filtración de mayo de 2004, en horas

11.4 Cloración

La planta cuenta con un clorador Hidro del tipo de inyección, con unacapacidad de 50 lb/día. El agua para el inyector normalmente es suministrada poruna electrobomba, y alternativamente puede ser suministrada desde un tanqueelevado.

Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4

215:15 170:00 118:00 141:1095:30 119:20 148:45 122:5097.10 73:30 115:30 189

121:20 95:40 72:15101:00

Filtro 1 Filtro 2 Filtro 3 Filtro 4

141:35 119:50 66:25 334:3048:20 191:40 198 74:00 97:30 119:40 186 102:00

95:45 165:20 77 49:00166:00 46.40 31:4065:00


Para situaciones de emergencia, la planta cuenta con un clorador del tipode alimentación directa.

11.5 Eficiencia

Operando la planta con un caudal de 60 L/s, el 27 de mayo de 2004 seefectuó un muestreo y se obtuvieron los resultados indicados en el cuadro A-5.

Cuadro A-5. Eficiencia puntual de los procesos

Agua cruda 63,00Efluente del decantador 1 17,70Efluente del decantador 2 8,59Efluente del filtro 1 6,63Efluente del filtro 2 8,05Efluente del filtro 3 10,60Efluente del filtro 4 12,10

Se puede observar que la eficiencia de los decantadores es muy baja y la delos filtros prácticamente nula, sobre todo en las unidades 3 y 4, en que la turbiedadse incrementa al pasar por ellos.

CONCLUSIONES

Se han identificado problemas de diseño, operación y mantenimiento que seindican a continuación.

Dosificación y mezcla rápida

No se opera en función de la calidad del agua cruda, ni se realizan pruebasde dosis óptima.

Los equipos de dosificación requieren mantenimiento; no hay unidadesalternas.

El coagulante se aplica en forma puntual.

Punto de muestreo Turbiedad (UNT)


Decantadores

No tienen capacidad para tratar los caudales de proyecto y de operación.

La distribución del caudal a las unidades es desuniforme. A simple vista, eldecantador 1 recibe mayor caudal. Durante la evaluación se constató queel decantador 1 producía un efluente con 18,0 UNT y el decantador 2, unocon 8,6 UNT.

La eficiencia es baja. El 95% del tiempo es menor de 4,70 UNT.

Batería de filtros

No se operan con tasa declinante.

El retrolavado no se efectúa en forma consecutiva; algunos filtros se lavanmás que otros.

La altura de los lechos de arena varía entre 0,12 y 0,40 m y el material seencuentra en el falso fondo de los filtros.

La eficiencia de las unidades varía entre nula y negativa.

Sala de cloración

No hay equipos alternos.

RECOMENDACIONES

Es necesario desarrollar el proyecto de rehabilitación del sistema,considerando:

a) Modificar el canal de entrada a los decantadores para distribuir el caudal demanera uniforme a las dos unidades.

b) Transformar los decantadores convencionales en decantadores de placas.


El estudio de parámetros óptimos efectuado en el laboratorio indicó que conuna tasa óptima de decantación de 25 m3/m2.d, los decantadores estarían encapacidad de producir un efluente con 2 UNT. Un rápido cálculo de la capacidadde producción del área disponible indica que cada unidad transformada endecantador de placas podría producir 60 L/s, con una tasa de 17,65 m3/m2.d, conlo cual se obtendría una extraordinaria eficiencia en forma inmediata y permitiríaen el futuro duplicar la producción de la planta, ampliando las demás unidades.

c) Reconstruir el drenaje, capa soporte y colocar lechos dobles de antracita yarena a los filtros.

El estudio efectuado indica que para operar la batería de filtros conun caudal de 60 L/s y obtener 30% de expansión con un lecho doblede antracita y arena, se requerirán las cargas hidráulicas y lagranulometría del medio filtrante indicadas en el cuadro A-6.

Cuadro A-6. Características del medio filtrante recomendado, Q = 60 L/s

Altura (m) 0,30 0,45Tamaño efectivo (mm) 0,51 0,76C. U. 1,33 1,38Tamaño máximo (mm) 1,00 1,65 0,44 0,75Tamaño mínimo (mm) 0,42 0,59

La colocación del nuevo lecho filtrante deberá efectuarse previarevisión de las viguetas del drenaje y habiendo repuesto el sello deconcreto entre cada vigueta. Se colocará la capa soporte de gravade acuerdo con las especificaciones del cuadro A-7.

CaracterísticasGranulometría Cargas hidráulicas (m)

Arena Antracita Lavado Proceso


Cuadro A-7. Características de la capa soporte de grava

1 (fondo) 0,10 – 0,15 1” a 2”2 0,075 – 0,10 ¾” a 1”3 0,075 – 0,10 ½” a ¾”4 0,075 – 0,10 ¼” a ½”

5 (superficie) 0,075 – 0,10 1/8” a ½”Total 0,40 – 0,55 1/16” a 1/8

Preparar el manual de operación de la planta, capacitar a losoperadores y establecer una frecuencia de supervisión por lomenos semanal.

Capas Espesor (m) Tamaños (pgd)

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